Электрические машины.

Ôåäåðàëüíîå àãåíòñòâî ïî îáðàçîâàíèþ Ãîñóäàðñòâåííîå îáðàçîâàòåëüíîå ó÷ðåæäåíèå âûñøåãî ïðîôåññèîíàëüíîãî îáðàçîâàíèÿ «Ïåðìñêèé ãîñóäàðñòâåííûé òåõíè÷åñêèé óíèâåðñèòåò» Í. Â. Øóëàêîâ ÝËÅÊÒÐÈ×ÅÑÊÈÅ ÌÀØÈÍÛ Êîíñïåêò ëåêöèé Óòâåðæäåíî Ðåäàêöèîííî-èçäàòåëüñêèì ñîâåòîì óíèâåðñèòåòà Èçäàòåëüñòâî Ïåðìñêîãî ãîñóäàðñòâåííîãî òåõíè÷åñêîãî óíèâåðñèòåòà 2008 ÓÄÊ 621.313 (07) 0-75 Ø95 Ðåöåíçåíòû: ä-ð òåõí. íàóê, ïðîô. Ô. Í. Ñàðàïóëîâ (Óðàëüñêèé ãîñóäàðñòâåííûé òåõíè÷åñêèé óíèâåðñèòåò); ä-ð òåõí. íàóê, ïðîô. Å. Ô. Áåëÿåâ (Ïåðìñêèé ãîñóäàðñòâåííûé òåõíè÷åñêèé óíèâåðñèòåò) Ø95 Øóëàêîâ, Í. Â. Ýëåêòðè÷åñêèå ìàøèíû: êîíñïåêò ëåêöèé / Í. Â. Øóëàêîâ.— Ïåðìü: Èçä-âî Ïåðì. ãîñ. òåõí. óí-òà, 2008.— 325 ñ. ISBN 978-5-88151-985-8 Èçëîæåíû îñíîâíûå âîïðîñû òåîðèè è äàíû ñâåäåíèÿ î ïðèíöèïå äåéñòâèÿ, êîíñòðóêòèâíîì èñïîëíåíèè è îñîáåííîñòÿõ ðàáîòû ýëåêòðè÷åñêèõ ìàøèí è òðàíñôîðìàòîðîâ, ïðèìåíÿåìûõ â ðàçëè÷íûõ îòðàñëÿõ òåõíèêè. Ïðåäíàçíà÷åíî äëÿ ñòóäåíòîâ î÷íîãî è çàî÷íîãî îáó÷åíèÿ ñïåöèàëüíîñòåé «Ýëåêòðîìåõàíèêà» è «Àâòîìàòèçèðîâàííûé ýëåêòðîïðèâîä è ýëåêòðîòåõíè÷åñêèå êîìïëåêñû». ÓÄÊ 621.313 (07) 0-75 ISBN 978-5-88151-985-8 © ÃÎÓ ÂÏÎ «Ïåðìñêèé ãîñóäàðñòâåííûé òåõíè÷åñêèé óíèâåðñèòåò», 2008 ÑÎÄÅÐÆÀÍÈÅ Ïðåäèñëîâèå........................................................................................... 5 Ââåäåíèå................................................................................................. 6 ÐÀÇÄÅË I ÒÐÀÍÑÔÎÐÌÀÒÎÐÛ Ëåêöèÿ 1. Ïðèíöèï äåéñòâèÿ è õîëîñòîé õîä òðàíñôîðìàòîðà ..... 11 Ëåêöèÿ 2. Ðàáîòà òðàíñôîðìàòîðà ïîä íàãðóçêîé ........................... 21 Ëåêöèÿ 3. Îïðåäåëåíèå ïàðàìåòðîâ ñõåìû çàìåùåíèÿ .................. 28 Ëåêöèÿ 4. Òðàíñôîðìèðîâàíèå òðåõôàçíîãî òîêà ........................... 43 Ëåêöèÿ 5. Ïåðåõîäíûå ïðîöåññû ...................................................... 61 ÐÀÇÄÅË II ÀÑÈÍÕÐÎÍÍÛÅ ÌÀØÈÍÛ Ëåêöèÿ 6. Ïðèíöèï äåéñòâèÿ àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ .................. 73 Ëåêöèÿ 7. Ýëåêòðîäâèæóùèå ñèëû îáìîòîê äâèãàòåëÿ. Ðàáîòà ðîòîðíîé öåïè ïðè íàãðóçêå ................................ 83 Ëåêöèÿ 8. Îñíîâíûå óðàâíåíèÿ è ñõåìû çàìåùåíèÿ äâèãàòåëÿ .... 92 Ëåêöèÿ 9. Âðàùàþùèé ìîìåíò ......................................................... 101 Ëåêöèÿ 10. Ïóñê è òîðìîæåíèå àñèíõðîííûõ äâèãàòåëåé ............... 112 Ëåêöèÿ 11. Ðåãóëèðîâàíèå ñêîðîñòè ................................................... 124 ÐÀÇÄÅË III ÑÈÍÕÐÎÍÍÛÅ ÌÀØÈÍÛ Ëåêöèÿ 12. Ïðèíöèï äåéñòâèÿ è îñíîâíûå ÿâëåíèÿ ïðè ðàáîòå ñèíõðîííûõ ìàøèí ........................................................... 147 Ëåêöèÿ 13. Ðåàêöèÿ ÿêîðÿ ñèíõðîííîé ìàøèíû ............................... 157 3 Ëåêöèÿ 14. Âåêòîðíûå äèàãðàììû ãåíåðàòîðà .................................. 166 Ëåêöèÿ 15. Ïàðàëëåëüíàÿ ðàáîòà ñèíõðîííîãî ãåíåðàòîðà ñ ñåòüþ ................................................................................ 178 Ëåêöèÿ 16. Ìîùíîñòü è ýëåêòðîìàãíèòíûé ìîìåíò. Ñòàòè÷åñêàÿ óñòîé÷èâîñòü................................................ 186 Ëåêöèÿ 17. Ðåæèìû ðàáîòû ãåíåðàòîðà ïðè ïàðàëëåëüíîì âêëþ÷åíèè ñ ñåòüþ ............................................................ 194 Ëåêöèÿ 18. Ñèíõðîííûé äâèãàòåëü ..................................................... 199 Ëåêöèÿ 19. Ïîíÿòèå î ïåðåõîäíûõ ïðîöåññàõ â ñèíõðîííûõ ìàøèíàõ .................................................... 216 ÐÀÇÄÅË IV ÌÀØÈÍÛ ÏÎÑÒÎßÍÍÎÃÎ ÒÎÊÀ Ëåêöèÿ 20. Ïðèíöèï äåéñòâèÿ ãåíåðàòîðà ïîñòîÿííîãî òîêà .......... 227 Ëåêöèÿ 21. Ìàãíèòíîå ïîëå ìàøèí ïîñòîÿííîãî òîêà ..................... 239 Ëåêöèÿ 22. Êîììóòàöèÿ â ìàøèíàõ ïîñòîÿííîãî òîêà ..................... 249 Ëåêöèÿ 23. Ãåíåðàòîðû ïîñòîÿííîãî òîêà.......................................... 255 Ëåêöèÿ 24. Äâèãàòåëè ïîñòîÿííîãî òîêà ............................................ 266 Ëåêöèÿ 25. Óïðàâëåíèå äâèãàòåëÿìè ïîñòîÿííîãî òîêà ................... 276 Ëåêöèÿ 26. Óíèâåðñàëüíûé êîëëåêòîðíûé äâèãàòåëü ...................... 304 Ëåêöèÿ 27. Íàãðåâàíèå è ðåæèìû íàãðóçêè ýëåêòðè÷åñêèõ ìàøèí ................................................................................. 310 Ëåêöèÿ 28. Ðåæèìû íàãðóçêè ýëåêòðè÷åñêèõ ìàøèí ........................ 316 Áèáëèîãðàôè÷åñêèé ñïèñîê.................................................................. 324 ÏÐÅÄÈÑËÎÂÈÅ Ïîñîáèå íàïèñàíî ïî ìàòåðèàëàì ëåêöèé, ÷èòàåìûõ àâòîðîì â ÏÃÒÓ ñòóäåíòàì ñïåöèàëüíîñòåé «Ýëåêòðîìåõàíèêà» è «Ãîðíàÿ ýëåêòðîìåõàíèêà», è ñîîòâåòñòâóåò ïðîãðàììå îáùåãî êóðñà ýëåêòðè÷åñêèõ ìàøèí. Ïîðÿäîê èçëîæåíèÿ ìàòåðèàëà ïîäîáåí ïîðÿäêó, ïðèíÿòîìó â áîëüøèíñòâå ó÷åáíèêîâ ïî ýëåêòðè÷åñêèì ìàøèíàì äëÿ ñòóäåíòîâ ýëåêòðîìåõàíè÷åñêèõ ñïåöèàëüíîñòåé. Ðàññìîòðåíû îñíîâíûå âîïðîñû îáùåé òåîðèè, îïèñàíèå êîíñòðóêöèé è àíàëèç ýêñïëóàòàöèîííûõ ñâîéñòâ òðàíñôîðìàòîðîâ, àñèíõðîííûõ ìàøèí, ñèíõðîííûõ ìàøèí è ìàøèí ïîñòîÿííîãî òîêà. Ïðè èçëîæåíèè ìàòåðèàëà ïîñîáèÿ îñíîâíîé óïîð ñäåëàí íà ðàñêðûòèå ôèçè÷åñêîé ñóùíîñòè ÿâëåíèé è ïðîöåññîâ, îïðåäåëÿþùèõ ðàáîòó òðàíñôîðìàòîðîâ è ýëåêòðè÷åñêèõ ìàøèí. Äëÿ ñàìîïðîâåðêè â ïîñîáèè äàíû âîïðîñû ñ íåñêîëüêèìè âàðèàíòàìè îòâåòà, èç êîòîðûõ îäèí ïðàâèëüíûé. Ñòóäåíò, âûáðàâ îòâåò, äîëæåí ñâåðèòü åãî ñ «Îòâåòàìè íà âîïðîñû äëÿ ñàìîïðîâåðêè», ïîìåùåííûìè â êîíöå êàæäîãî ðàçäåëà. Åñëè îòâåò íåâåðåí, íåîáõîäèìî âíîâü ïîâòîðèòü è ïðîäóìàòü ïðîéäåííûé ðàçäåë, à íå èñêàòü ïðàâèëüíûé îòâåò â «Ïîÿñíåíèÿõ ê âîïðîñàì».  òåõ ñëó÷àÿõ, êîãäà îòâåòû íà âîïðîñ íå äàíû, ñòóäåíò äîëæåí ñâîé îòâåò ñâåðèòü ñ îòâåòîì â ïîÿñíåíèÿõ, ãäå îí íàéäåò îáîñíîâàíèå ïðàâèëüíûõ îòâåòîâ íà òå âîïðîñû, ê êîòîðûì äàíî íåñêîëüêî îòâåòîâ. 5 ÂÂÅÄÅÍÈÅ Ýëåêòðè÷åñêèå ìàøèíû â ñîâðåìåííîé òåõíèêå ÿâëÿþòñÿ îñíîâíûìè èñòî÷íèêàìè è ïîòðåáèòåëÿìè ýëåêòðîýíåðãèè. Äðóãèìè ñëîâàìè, ïî÷òè âñÿ ýëåêòðîýíåðãèÿ, âûðàáàòûâàåìàÿ íà Çåìëå, ãåíåðèðóåòñÿ ýëåêòðè÷åñêèìè ìàøèíàìè — ñèíõðîííûìè ãåíåðàòîðàìè, è ëüâèíàÿ å¸ äîëÿ ïîòðåáëÿåòñÿ ýëåêòðè÷åñêèìè äâèãàòåëÿìè ñ öåëüþ ïðåîáðàçîâàíèÿ åå â ìåõàíè÷åñêóþ ýíåðãèþ. Ýëåêòðè÷åñêèå ìàøèíû — ÷àñòü îáëàñòè íàóêè è òåõíèêè, íàçûâàåìîé ýëåêòðîìåõàíèêîé. Ÿ òåîðåòè÷åñêîé áàçîé ÿâëÿåòñÿ îáùàÿ òåîðèÿ ýëåêòðîìåõàíè÷åñêîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ ýíåðãèè. Ýëåêòðè÷åñêèå ìàøèíû ÿâëÿþòñÿ ïî ñóùåñòâó è ÷àñòî íàçûâàþòñÿ ýëåêòðîìåõàíè÷åñêèìè ïðåîáðàçîâàòåëÿìè ýíåðãèè. Ýëåêòðîìåõàíèêà âêëþ÷àåò è èçó÷àåò ñëåäóþùèå ðàçäåëû: • ýëåêòðè÷åñêèå ìàøèíû; • ýëåêòðè÷åñêèå àïïàðàòû; • ýëåêòðè÷åñêèé ïðèâîä. Ïðè÷åì ýëåêòðè÷åñêèå ìàøèíû è àïïàðàòû ÿâëÿþòñÿ ñîñòàâíûìè ýëåìåíòàìè, áåç êîòîðûõ íå ìîãóò áûòü ñîçäàíû ýëåêòðîïðèâîä è ñèñòåìû àâòîìàòè÷åñêîãî ðåãóëèðîâàíèÿ, áåç íèõ íåâîçìîæíû àâòîìàòèêà è òåëåìåõàíèêà1. Ýòî åùå ðàç ïîä÷åðêèâàåò ðîëü ýëåêòðè÷åñêèõ ìàøèí â òåõíèêå è âàæíîñòü äàííîãî êóðñà. Ýëåêòðè÷åñêèå àïïàðàòû ñîñòàâëÿþò ïðåäìåò îòäåëüíîãî êóðñà.  äàííîì êóðñå ýëåêòðè÷åñêèõ ìàøèí ðàññìàòðèâàþòñÿ êîíñòðóêöèè è âîïðîñû òåîðèè òðàíñôîðìàòîðîâ: ïðåîáðàçîâàòåëåé íàïðÿæåíèÿ, ýëåêòðîäâèãàòåëåé – ïðåîáðàçîâàòåëåé ýëåê1 Òåëåìåõàíèêà (îò ãðå÷. tele — âäàëü, äàëåêî) — îáëàñòü òåõíèêè, çàíèìàþùàÿñÿ äèñòàíöèîííûì óïðàâëåíèåì, ðåãóëèðîâàíèåì íà ðàññòîÿíèè. 6 òðè÷åñêîé ýíåðãèè â ìåõàíè÷åñêóþ, ýëåêòðè÷åñêèõ ãåíåðàòîðîâ – ïðåîáðàçîâàòåëåé ìåõàíè÷åñêîé ýíåðãèè â ýëåêòðè÷åñêóþ, âðàùàþùèõñÿ ïðåîáðàçîâàòåëåé ýëåêòðîýíåðãèè ñ îäíèìè ïàðàìåòðàìè (ðîä òîêà, íàïðÿæåíèå, ÷àñòîòà è äð.) â ýëåêòðîýíåðãèþ ñ äðóãèìè ïàðàìåòðàìè. Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî òðàíñôîðìàòîð íå ÿâëÿåòñÿ ýëåêòðè÷åñêîé ìàøèíîé, â íåì íå îñóùåñòâëÿåòñÿ ýëåêòðîìåõàíè÷åñêîå ïðåîáðàçîâàíèå ýíåðãèè. Òðàíñôîðìàòîð – ýòî ñòàòè÷åñêèé ýëåêòðîìàãíèòíûé àïïàðàò äëÿ ïðåîáðàçîâàíèÿ âåëè÷èíû íàïðÿæåíèÿ ïåðåìåííîãî òîêà («ñòàòè÷åñêèé» îçíà÷àåò áåç ìåõàíè÷åñêîãî äâèæåíèÿ). Îäíàêî ìû íà÷èíàåì èçó÷åíèå ýëåêòðè÷åñêèõ ìàøèí èìåííî ñ òðàíñôîðìàòîðà, ïîòîìó ÷òî ïðîèñõîäÿùèå â íåì ôèçè÷åñêèå ïðîöåññû èìåþò ìíîãî îáùåãî ñ ïðîöåññàìè âî âðàùàþùèõñÿ ìàøèíàõ. Èõ îáúåäèíÿåò òî, ÷òî ïðèíöèï ðàáîòû è òðàíñôîðìàòîðà, è ýëåêòðè÷åñêîé ìàøèíû îñíîâàí íà ÿâëåíèè ýëåêòðîìàãíèòíîé èíäóêöèè. Íà áàçå òåîðèè òðàíñôîðìàòîðà â äàëüíåéøåì óäîáíî, íàãëÿäíî èçëàãàåòñÿ òåîðèÿ ýëåêòðè÷åñêèõ ìàøèí ïåðåìåííîãî òîêà. Êóðñ ñîäåðæèò ñëåäóþùèå ðàçäåëû: 1. Òðàíñôîðìàòîðû. 2. Àñèíõðîííûå ìàøèíû. 3. Ñèíõðîííûå ìàøèíû. 4. Ìàøèíû ïîñòîÿííîãî òîêà. 5. Íàãðåâàíèå è ðåæèìû íàãðóçêè â ýëåêòðè÷åñêèõ ìàøèíàõ. Òðàíñôîðìàòîðû øèðîêî ïðèìåíÿþò äëÿ ïðåîáðàçîâàíèÿ íàïðÿæåíèÿ: â ñèñòåìàõ ïåðåäà÷è è ðàñïðåäåëåíèÿ ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè (ñèëîâûå òðàíñôîðìàòîðû), âûïðÿìèòåëüíûõ óñòàíîâêàõ, óñòðîéñòâàõ ñâÿçè, àâòîìàòèêè è âû÷èñëèòåëüíîé òåõíèêè, à òàêæå ïðè ýëåêòðè÷åñêèõ èçìåðåíèÿõ (èçìåðèòåëüíûå òðàíñôîðìàòîðû) è ôóíêöèîíàëüíûõ ïðåîáðàçîâàíèÿõ (ïîâîðîòíûå òðàíñôîðìàòîðû). Àñèíõðîííûå ìàøèíû èñïîëüçóþò, ãëàâíûì îáðàçîì, â êà÷åñòâå ýëåêòðè÷åñêèõ äâèãàòåëåé òðåõôàçíîãî òîêà. Ïðîñòîòà óñòðîéñòâà è âûñîêàÿ íàäåæíîñòü ïîçâîëÿþò ïðèìåíÿòü èõ â ðàçëè÷íûõ îòðàñëÿõ òåõíèêè äëÿ ïðèâîäà ñòàíêîâ, ãðóçîïîäúåìíûõ è çåìëåðîéíûõ ìàøèí, êîìïðåññîðîâ, âåíòèëÿòîðîâ 7 è ïð.  ñèñòåìàõ àâòîìàòè÷åñêîãî ðåãóëèðîâàíèÿ øèðîêî èñïîëüçóþò îäíî- è äâóõôàçíûå óïðàâëÿåìûå àñèíõðîííûå äâèãàòåëè, àñèíõðîííûå òàõîãåíåðàòîðû, à òàêæå ñåëüñèíû. Ñèíõðîííûå ìàøèíû ïðèìåíÿþò â êà÷åñòâå ãåíåðàòîðîâ ïåðåìåííîãî òîêà ïðîìûøëåííîé ÷àñòîòû íà ýëåêòðè÷åñêèõ ñòàíöèÿõ è ãåíåðàòîðîâ ïîâûøåííîé ÷àñòîòû â àâòîíîìíûõ èñòî÷íèêàõ ïèòàíèÿ (íà êîðàáëÿõ, ñàìîëåòàõ è ò. ï.).  ýëåêòðè÷åñêèõ ïðèâîäàõ áîëüøîé ìîùíîñòè ïðèìåíÿþò òàêæå ñèíõðîííûå ýëåêòðîäâèãàòåëè.  óñòðîéñòâàõ àâòîìàòèêè øèðîêî èñïîëüçóþò ðàçëè÷íûå ñèíõðîííûå ìàøèíû ìàëîé ìîùíîñòè (ðåàêòèâíûå, ñ ïîñòîÿííûìè ìàãíèòàìè, ãèñòåðåçèñíûå, øàãîâûå, èíäóêòîðíûå è ïð.). Ìàøèíû ïîñòîÿííîãî òîêà ïðèìåíÿþò â êà÷åñòâå ãåíåðàòîðîâ è ýëåêòðîäâèãàòåëåé â óñòðîéñòâàõ ýëåêòðîïðèâîäà, òðåáóþùèõ ðåãóëèðîâàíèÿ ÷àñòîòû âðàùåíèÿ â øèðîêèõ ïðåäåëàõ: æåëåçíîäîðîæíûé è ìîðñêîé òðàíñïîðò, ïðîêàòíûå ñòàíû, ýëåêòðîòðàíñìèññèè áîëüøåãðóçíûõ àâòîìîáèëåé, ãðóçîïîäúåìíûå è çåìëåðîéíûå ìàøèíû, ñëîæíûå ìåòàëëîîáðàáàòûâàþùèå ñòàíêè è ïð., à òàêæå â òåõ ñëó÷àÿõ, êîãäà èñòî÷íèêàìè ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè äëÿ ïèòàíèÿ ýëåêòðîäâèãàòåëåé ñëóæàò àêêóìóëÿòîðíûå áàòàðåè (ñòàðòåðíûå äâèãàòåëè, äâèãàòåëè ïîäâîäíûõ ëîäîê, êîñìè÷åñêèõ êîðàáëåé è ò. ä.). Ãåíåðàòîðû ïîñòîÿííîãî òîêà ÷àñòî ïðèìåíÿþò äëÿ ïèòàíèÿ óñòðîéñòâ ñâÿçè, çàðÿäêè àêêóìóëÿòîðíûõ áàòàðåé, â êà÷åñòâå îñíîâíûõ èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ íà òðàíñïîðòíûõ óñòàíîâêàõ (àâòîìîáèëÿõ, ñàìîëåòàõ, òåïëîâîçàõ, ïàññàæèðñêèõ âàãîíàõ). Îäíàêî â ïîñëåäíåå âðåìÿ ãåíåðàòîðû ïîñòîÿííîãî òîêà âûòåñíÿþòñÿ ãåíåðàòîðàìè ïåðåìåííîãî òîêà, ðàáîòàþùèìè ñîâìåñòíî ñ ïîëóïðîâîäíèêîâûìè âûïðÿìèòåëÿìè.  ñèñòåìàõ àâòîìàòè÷åñêîãî ðåãóëèðîâàíèÿ ìàøèíû ïîñòîÿííîãî òîêà øèðîêî èñïîëüçóþò â êà÷åñòâå èñïîëíèòåëüíûõ äâèãàòåëåé è òàõîãåíåðàòîðîâ. ÐÀÇÄÅË I ÒÐÀÍÑÔÎÐÌÀÒÎÐÛ Ëåêöèÿ I ÏÐÈÍÖÈÏ ÄÅÉÑÒÂÈß È ÕÎËÎÑÒÎÉ ÕÎÄ ÒÐÀÍÑÔÎÐÌÀÒÎÐÀ 1.1. Îïðåäåëåíèå è íàçíà÷åíèå òðàíñôîðìàòîðà Òðàíñôîðìàòîðîì íàçûâàåòñÿ ñòàòè÷åñêèé ýëåêòðîìàãíèòíûé àïïàðàò, ïðåîáðàçóþùèé ýíåðãèþ ïåðåìåííîãî òîêà îäíîãî íàïðÿæåíèÿ â ýíåðãèþ ïåðåìåííîãî òîêà äðóãîãî íàïðÿæåíèÿ òîé æå ÷àñòîòû. Ýëåêòðîìàãíèòíûå ïðîöåññû â íàãðóæåííîì òðàíñôîðìàòîðå â îïðåäåëåííîé ñòåïåíè àíàëîãè÷íû òàêèì æå ïðîöåññàì âî âðàùàþùèõñÿ ýëåêòðè÷åñêèõ ìàøèíàõ ïåðåìåííîãî òîêà. Ïîýòîìó òðàíñôîðìàòîð èçó÷àåòñÿ â ðàçäåëå «Ýëåêòðè÷åñêèå ìàøèíû». Ðîëü òðàíñôîðìàòîðà â ñîâðåìåííîé òåõíèêå âåñüìà âåëèêà. Áåç òðàíñôîðìàòîðîâ áûëè áû íåâîçìîæíû ýêîíîìè÷íûå ïåðåäà÷à è ðàñïðåäåëåíèå ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè ñðåäè ïðîìûøëåííûõ è áûòîâûõ ïîòðåáèòåëåé. Êðîìå òîãî, òðàíñôîðìàòîðû ìàëûõ ìîùíîñòåé øèðîêî èñïîëüçóþòñÿ â ñõåìàõ àâòîìàòè÷åñêîãî óïðàâëåíèÿ è ðåãóëèðîâàíèÿ ïðîèçâîäñòâåííûõ ïðîöåññîâ, â ðàäèîòåõíèêå, òåëåâèäåíèè è ò. ä. 1.2. Óñòðîéñòâî ñèëîâîãî òðàíñôîðìàòîðà Îñíîâíûìè ðàáî÷èìè ÷àñòÿìè îáû÷íîãî ñèëîâîãî òðàíñôîðìàòîðà (ðèñ. 1.1) ÿâëÿþòñÿ ìàãíèòíàÿ öåïü (ñåðäå÷íèê) è îáìîòêè âûñøåãî è íèçøåãî íàïðÿæåíèé. Ìàãíèòíàÿ öåïü òðåõôàçíîãî òðàíñôîðìàòîðà, ïðåäíàçíà÷åííàÿ äëÿ óñèëåíèÿ ìàãíèòíîãî ïîëÿ, ñîñòîèò èç òðåõ ñòåðæíåé, 11 Ðèñ. 1.1. Îáùèé âèä è óñòðîéñòâî òðàíñôîðìàòîðà: 1 — ìàãíèòîïðîâîä; 2 — îáìîòêà íèçøåãî íàïðÿæåíèÿ ÍÍ (äâóõñëîéíàÿ öèëèíäðè÷åñêàÿ); 3 — îáìîòêà âûñøåãî íàïðÿæåíèÿ ÂÍ (íåïðåðûâíàÿ); 4 — áàê äëÿ ìàñëà; 5 — ðàñøèðèòåëü; 6 — ìàñëîóêàçàòåëü; 7 — ïðîáêà äëÿ çàëèâêè ìàñëà; 8 — ïåðåêëþ÷àòåëü ÷èñëà âèòêîâ îáìîòêè ÂÍ; 9 — ïðèâîä ïåðåêëþ÷àòåëÿ; 10 — ââîä ÂÍ; 11 — ââîä ÍÍ; 12 — òåðìîìåòð; 13 — ïðîáêà äëÿ ñïóñêà ìàñëà çàìêíóòûõ ñâåðõó è ñíèçó ÿðìàìè. Êàê ñòåðæíè, òàê è ÿðìà âûïîëíÿþòñÿ èç òîíêèõ ëèñòîâ ñïåöèàëüíîé ýëåêòðîòåõíè÷åñêîé ñòàëè ñ âûñîêîé ìàãíèòíîé ïðîíèöàåìîñòüþ, èçîëèðîâàííûõ äðóã îò äðóãà. Ýòî äåëàåòñÿ äëÿ óìåíüøåíèÿ âèõðåâûõ òîêîâ. Íà ñòåðæíè ïîìåùàþòñÿ îáìîòêè, ñíà÷àëà íèçøåãî íàïðÿæåíèÿ (ñ ìåíüøèì ÷èñëîì âèòêîâ, íî ñ áîëüøèì ñå÷åíèåì ïðîâîäà), à ñâåðõó — âûñøåãî íàïðÿæåíèÿ (ñ áîëüøèì ÷èñëîì âèòêîâ, íî 12 ñ ìåíüøèì ñå÷åíèåì ïðîâîäà). Êîíöû îáìîòîê è íóëåâîé ïðîâîä îò íåéòðàëè òðàíñôîðìàòîðà ïðèñîåäèíÿþòñÿ ê âûâîäíûì èçîëÿòîðàì, ðàñïîëîæåííûì íà êðûøêå áàêà òðàíñôîðìàòîðà. Ñåðäå÷íèê ñ îáìîòêàìè ïîìåùàåòñÿ â áàê, çàëèâàåìûé ñïåöèàëüíûì òðàíñôîðìàòîðíûì ìàñëîì ñ ìàëîé âÿçêîñòüþ è âûñîêîé ýëåêòðè÷åñêîé ïðî÷íîñòüþ. Ìàñëî âûïîëíÿåò â òðàíñôîðìàòîðå äâå ôóíêöèè: ïîâûøàåò ýëåêòðè÷åñêóþ ïðî÷íîñòü èçîëÿöèè îáìîòîê è îòâîäèò òåïëî îò ðàáî÷èõ ÷àñòåé òðàíñôîðìàòîðà, íàãðåâàþùèõñÿ ïðè ðàáîòå. Äëÿ îáëåã÷åíèÿ öèðêóëÿöèè ìàñëà è óâåëè÷åíèÿ òåïëîîòäà÷è â áàê òðàíñôîðìàòîðà ñíàðóæè ââàðèâàþòñÿ òðóáû. Òðàíñôîðìàòîðû ìàëûõ ìîùíîñòåé âûïîëíÿþòñÿ áåç ìàñëà, ñ âîçäóøíûì îõëàæäåíèåì. Äëÿ óìåíüøåíèÿ ïîâåðõíîñòè ñîïðèêîñíîâåíèÿ ìàñëà ñ âîçäóõîì, à ñëåäîâàòåëüíî, è äëÿ ñîêðàùåíèÿ êîëè÷åñòâà ïðîäóêòîâ îêèñëåíèÿ ìàñëà, à òàêæå äëÿ óñòðàíåíèÿ âîçìîæíîñòè èõ ïîïàäàíèÿ íà îáìîòêè òðàíñôîðìàòîðà, òðàíñôîðìàòîðû ìîùíîñòüþ íå ìåíåå 100 êÂÀ ñíàáæàþòñÿ ìàñëîðàñøèðèòåëÿìè. Ìàñëîðàñøèðèòåëü ïðåäñòàâëÿåò ñîáîþ öèëèíäðè÷åñêèé áà÷îê, ðàñïîëîæåííûé íà êðûøêå òðàíñôîðìàòîðà è ñîåäèíåííûé ÷åðåç òðóáîïðîâîä ñ áàêîì. Ìàñëî çàëèâàåòñÿ â òðàíñôîðìàòîð òàê, ÷òî óðîâåíü åãî ïðè ëþáîé òåìïåðàòóðå íàõîäèòñÿ â ìàñëîðàñøèðèòåëå. ÂÎÏÐÎÑÛ 1.2.1. Ìîæíî ëè ñåðäå÷íèê òðàíñôîðìàòîðà âûïîëíèòü èç àëþìèíèåâûõ ëèñòîâ? à) ìîæíî; á) íåëüçÿ. 1.2.2. Ìîæíî ëè çàìåíèòü òðàíñôîðìàòîðíîå ìàñëî îáû÷íûì ñìàçî÷íûì ìèíåðàëüíûì ìàñëîì? à) íåëüçÿ; á) ìîæíî. 1.3. Ïðèíöèï äåéñòâèÿ òðàíñôîðìàòîðà Ðàáî÷èé ïðîöåññ òðàíñôîðìàòîðà ïðîùå âñåãî èçó÷àòü íà ïðèìåðå îäíîôàçíîãî òðàíñôîðìàòîðà, òàê êàê òðåõôàçíûé òðàíñôîðìàòîð ïðåäñòàâëÿåò ñîáîþ, â ïðèíöèïå, ñîâîêóïíîñòü 13 òðåõ îäíîôàçíûõ, è îñíîâíûå çàêîíîìåðíîñòè, îïðåäåëÿþùèå ðàáîòó îäíîôàçíîãî òðàíñôîðìàòîðà, ñïðàâåäëèâû è äëÿ òðåõôàçíîãî. Âîçüìåì îäíîôàçíûé òðàíñôîðìàòîð (ðèñ. 1.2) â ïðîñòåéøåì âèäå. Åñëè ê îäíîé èç îáìîòîê ñ ÷èñëîì âèòêîâ w1, ïîäâåñòè ïåðåìåííîå ñèíóñîèäàëüíîå íàïðÿæåíèå U1, òî ïî Ðèñ. 1.2. Õîëîñòîé õîä îäíîôàçíîãî îáìîòêå áóäåò ïðîòåêàòü òîê I0, òðàíñôîðìàòîðà êîòîðûé ñîçäàåò â ñåðäå÷íèêå òðàíñôîðìàòîðà ïåðåìåííûé ìàãíèòíûé ïîòîê Ô. Ýòîò ïîòîê áóäåò ïðîíèçûâàòü îáå îáìîòêè òðàíñôîðìàòîðà è ñîãëàñíî çàêîíó ýëåêòðîìàãíèòíîé èíäóêöèè èíäóêòèðîâàòü â íèõ ýëåêòðîäâèæóùèå ñèëû. Ìãíîâåííûå çíà÷åíèÿ ýòèõ ÝÄÑ e1 = -w1 dF , dt e 2 = -w 2 dF , dt ò. å. â ñâÿçè ñ ðàçëè÷íûì ÷èñëîì âèòêîâ â îáìîòêàõ ìãíîâåííûå, à ñëåäîâàòåëüíî, è äåéñòâóþùèå çíà÷åíèÿ ÝÄÑ áóäóò ðàçëè÷íû. Ïîñêîëüêó íàïðÿæåíèå íà êàæäîé èç îáìîòîê è èíäóêòèðîâàííàÿ â íåé ÝÄÑ îòëè÷àþòñÿ ïî âåëè÷èíå íåçíà÷èòåëüíî (ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ â ñàìîé îáìîòêå ìàëî), òî íàïðÿæåíèå U2 íà âûõîäå òðàíñôîðìàòîðà áóäåò îòëè÷àòüñÿ îò íàïðÿæåíèÿ U1, ïîäàâàåìîãî íà âõîä òðàíñôîðìàòîðà. Îáìîòêà, ê êîòîðîé ïîäâîäèòñÿ íàïðÿæåíèå, íàçûâàåòñÿ ïåðâè÷íîé, à îáìîòêà, ñ êîòîðîé ñíèìàåòñÿ ïðåîáðàçîâàííîå íàïðÿæåíèå, — âòîðè÷íîé. ÂÎÏÐÎÑÛ 1.3.1. Áóäåò ëè èíäóêòèðîâàòüñÿ ÝÄÑ âî âòîðè÷íîé îáìîòêå òðàíñôîðìàòîðà, åñëè ïî ïåðâè÷íîé îáìîòêå ïðîòåêàåò óñòàíîâèâøèéñÿ ïîñòîÿííûé òîê? à) áóäåò; á) íå áóäåò. 14 1.3.2. Ïîÿâèòñÿ ëè ÝÄÑ âî âòîðè÷íîé îáìîòêå, åñëè ïî ïåðâè÷íîé îáìîòêå ïðîòåêàåò íåèçìåííûé ïî íàïðàâëåíèþ, íî ìåíÿþùèéñÿ ïî âåëè÷èíå (ïóëüñèðóþùèé) òîê? à) ïîÿâèòñÿ; á) íå ïîÿâèòñÿ. 1.3.3. Áóäåò ëè íàïðÿæåíèå íà ïåðâè÷íîé îáìîòêå, åñëè îòêëþ÷èòü åå îò ñåòè, à íà âòîðè÷íóþ îáìîòêó ïîäàòü ïåðåìåííîå íàïðÿæåíèå? à) áóäåò; á) íå áóäåò. 1.4. Õîëîñòîé õîä òðàíñôîðìàòîðà Õîëîñòûì õîäîì òðàíñôîðìàòîðà íàçûâàåòñÿ òàêîé ðåæèì åãî ðàáîòû, ïðè êîòîðîì âòîðè÷íàÿ îáìîòêà ðàçîìêíóòà (ñì. ðèñ. 1.2). Íà ïåðâè÷íóþ îáìîòêó ïîäàíî íàïðÿæåíèå U1, ïîä äåéñòâèåì êîòîðîãî ïî íåé ïðîòåêàåò òîê õîëîñòîãî õîäà I0. Òîê I0 ñîçäàåò â ñåðäå÷íèêå òðàíñôîðìàòîðà îñíîâíîé ïîòîê Ô, çàìûêàþùèéñÿ öåëèêîì ïî ñåðäå÷íèêó, è ïîòîê ïåðâè÷íîãî ðàññåÿíèÿ F p 1 , çàìûêàþùèéñÿ ÷àñòè÷íî ïî ñåðäå÷íèêó, ÷àñòè÷íî — âíå åãî è ïðîíèçûâàþùèé òîëüêî ïåðâè÷íóþ îáìîòêó. 1.4.1. Ýëåêòðîäâèæóùèå ñèëû îáìîòîê òðàíñôîðìàòîðà Äåéñòâóþùåå çíà÷åíèå ÝÄÑ, èíäóêòèðîâàííîé â ïåðâè÷íîé îáìîòêå îñíîâíûì ïîòîêîì Ô, îïðåäåëÿåòñÿ ñëåäóþùèì îáðàçîì. Ìãíîâåííîå çíà÷åíèå ÝÄÑ e1 = -w1 dF . dt Ó÷èòûâàÿ, ÷òî ìãíîâåííîå çíà÷åíèå ïîòîêà F = F m sin wt, ãäå Ôm — àìïëèòóäà ìàãíèòíîãî ïîòîêà, ïîëó÷èì e1 = -w1 æ d pö (F m sin wt) = -w1wF m cos wt = ww1F m sinçççwt - ÷÷÷÷. è dt 2ø 15 Îòñþäà âèäíî, ÷òî ÝÄÑ e1 îòñòàåò ïî ôàçå îò ïîòîêà íà ÷åòp âåðòü ïåðèîäà, ò. å. íà óãîë . Ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå ýòîé ÝÄÑ 2 (ó÷èòûâàÿ, ÷òî óãëîâàÿ ÷àñòîòà w = 2 pf 1 ) E 1m = 2pf 1 w1F m , à äåéñòâóþùåå çíà÷åíèå E1 = E 1m 2 = 4, 44 f 1 w1F m . (1.1) Àíàëîãè÷íî äëÿ ÝÄÑ âòîðè÷íîé îáìîòêè ïîëó÷èì E 2 = 4, 44 f 2 w 2 F m . (1.2) ÂÎÏÐÎÑÛ 1.4.1.1. Åñëè ïðèíÿòü, ÷òî e1 = E 1m sin(wt ), òî êàêîâî áóäåò ìãíîâåííîå çíà÷åíèå Ô? 1.4.1.2. Êàê èçìåíèòñÿ Ôm, åñëè ïðè íåèçìåííîé E1 óìåíüøèëàñü âäâîå ÷àñòîòà f1? à) íå èçìåíèòñÿ; á) óâåëè÷èòñÿ âäâîå; â) óìåíüøèòñÿ âäâîå. 1.4.2. Êîýôôèöèåíò òðàíñôîðìàöèè Îòíîøåíèå k= E1 w = 1 E2 w2 (1.3) íàçûâàåòñÿ êîýôôèöèåíòîì òðàíñôîðìàöèè òðàíñôîðìàòîðà. Åñëè êîýôôèöèåíò òðàíñôîðìàöèè áîëüøå åäèíèöû, òðàíñôîðìàòîð íàçûâàåòñÿ ïîíèæàþùèì, åñëè ìåíüøå — ïîâûøàþùèì. Ïðàêòè÷åñêè êîýôôèöèåíò òðàíñôîðìàöèè îïðåäåëÿåòñÿ ïóòåì èçìåðåíèÿ íàïðÿæåíèé íà îáåèõ îáìîòêàõ òðàíñôîðìàòîðà ïðè õîëîñòîì õîäå: k= 16 U1 . U 20 Ýòè íàïðÿæåíèÿ íàçûâàþòñÿ íîìèíàëüíûìè íàïðÿæåíèÿìè òðàíñôîìàòîðà. ÂÎÏÐÎÑÛ 1.4.2.1. Êàê èçìåíèòñÿ âòîðè÷íîå íàïðÿæåíèå òðàíñôîðìàòîðà ïðè õîëîñòîì õîäå, åñëè óìåíüøèòü íà 10 % ÷èñëî âèòêîâ ïåðâè÷íîé îáìîòêè ïðè íåèçìåííîì ïåðâè÷íîì íàïðÿæåíèè? à) óìåíüøèòñÿ íà 10 %; á) íå èçìåíèòñÿ; â) óâåëè÷èòñÿ íà 11,1 %. 1.4.2.2. Êàê èçìåíèòñÿ âòîðè÷íîå íàïðÿæåíèå ïðè õîëîñòîì õîäå, åñëè óìåíüøèòü íà 10 % ÷èñëî âèòêîâ âòîðè÷íîé îáìîòêè ïðè íåèçìåííîì ïåðâè÷íîì íàïðÿæåíèè? à) óìåíüøèòñÿ íà 10 %; á) íå èçìåíèòñÿ; â) óâåëè÷èòñÿ íà 10 %. 1.4.3. Óðàâíåíèå ïåðâè÷íîãî íàïðÿæåíèÿ ïðè õîëîñòîì õîäå Ïîòîê ïåðâè÷íîãî ðàññåÿíèÿ F ð 1 èíäóêòèðóåò â ïåðâè÷íîé îáìîòêå ÝÄÑ ðàññåÿíèÿ E ð 1 , êîòîðàÿ ìîæåò áûòü ïðåäñòàâëåíà â ñèìâîëè÷åñêîé ôîðìå: E& ð 1 = - jx1 I& 0 , ãäå x1 — èíäóêòèâíîå ñîïðîòèâëåíèå ïåðâè÷íîé îáìîòêè, îáóñëîâëåííîå ïîòîêîì ðàññåÿíèÿ. Ïðèìåíÿÿ ê ïåðâè÷íîé öåïè òðàíñôîðìàòîðà 2-é çàêîí Êèðõãîôà, ïîëó÷èì U& 1 + E& 1 + E& p 1 = r1 I& 0 , èëè U& 1 = -E& 1 - E& p 1 + rI& 0 = -E& 1 + - jx1 I& 0 + I& 0 r1 = = -E& 1 + (r1 + jx1 )I& 0 = -E& 1 + z 1 I&0 . (1.4) Óðàâíåíèå (1.4) íàçûâàåòñÿ óðàâíåíèåì íàïðÿæåíèé ïåðâè÷íîé öåïè òðàíñôîðìàòîðà ïðè õîëîñòîì õîäå. Îíî ïîêàçûâàåò, ÷òî ïåðâè÷íîå íàïðÿæåíèå òðàíñôîðìàòîðà ìîæåò áûòü ïðåäñòàâëåíî â âèäå äâóõ ñîñòàâëÿþùèõ: -E& 1 , óðàâíîâåøèâàþ17 ùåé ÝÄÑ E& 1 , è ïàäåíèÿ íàïðÿæåíèÿ z 1 I& 0 . Îäíàêî ïî âåëè÷èíå ýòè ñîñòàâëÿþùèå äàëåêî íå ðàâíîöåííû. Ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ â ïåðâè÷íîé îáìîòêå ïî ñðàâíåíèþ ñ ÝÄÑ E& 1 ìàëî, è ìîæíî ñ äîïóñòèìîé ïîãðåøíîñòüþ ñ÷èòàòü, ÷òî ïðè õîëîñòîì õîäå U1 » E1. (1.5) ÂÎÏÐÎÑÛ 1.4.3.1. Êàê èçìåíèòñÿ ìàãíèòíàÿ èíäóêöèÿ â ñåðäå÷íèêå òðàíñôîðìàòîðà, åñëè óìåíüøèòü íà 20 % ÷èñëî âèòêîâ ïåðâè÷íîé îáìîòêè ïðè íåèçìåííûõ ïåðâè÷íîì íàïðÿæåíèè è ÷àñòîòå? à) íå èçìåíèòñÿ; á) óìåíüøèòñÿ ~ íà 20 %; â) óâåëè÷èòñÿ ~ íà 25 %. 1.4.3.2. Êàê èçìåíèòñÿ ìàãíèòíûé ïîòîê â ñåðäå÷íèêå òðåõôàçíîãî òðàíñôîðìàòîðà, åñëè ïåðâè÷íóþ îáìîòêó, íå ìåíÿÿ ëèíåéíîãî ïåðâè÷íîãî íàïðÿæåíèÿ, ïåðåñîåäèíèòü ñ òðåóãîëüíèêà íà çâåçäó? à) óìåíüøèòñÿ ~ â 3 ðàç; á) óâåëè÷èòñÿ ~ â 3 ðàç; â) íå èçìåíèòñÿ. 1.4.4. Âåêòîðíàÿ äèàãðàììà õîëîñòîãî õîäà òðàíñôîðìàòîðà Íà áàçå óðàâíåíèÿ (1.4) ìîæåò áûòü ïîñòðîåíà âåêòîðíàÿ äèàãðàììà õîëîñòîãî õîäà òðàíñôîðìàòîðà (ðèñ. 1.3). Ìàãíèòíûé ïîòîê Ô, ñîçäàííûé òîêîì õîëîñòîãî õîäà I& 0 , èíäóêòèðóåò â îáåèõ îáìîòêàõ òðàíñôîðìàòîðà ÝÄÑ E& 1 è E& 2 , îòñòàþp ùèå îò ïîòîêà íà óãîë . Íàïðÿæåíèå U& 1 , ïîäâåäåííîå ê ïåðâè÷íîé 2 îáìîòêå, ìîæåò áûòü ïîëó÷åíî, åñëè ê âåêòîðó -E& 1 ïðèáàâèòü ïîëíîå ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ â ïåðâè÷íîé îáìîòêå z 1 I& 0 , ñîñòîÿùåå èç àêòèâíîãî (r1 I& 0 ) è èíäóêòèâíîãî ( jx1 I& 0 ) ïàäåíèé íàïðÿæåíèÿ. ÂÎÏÐÎÑÛ 1.4.4.1. Íà÷åðòèòå, íå ïîëüçóÿñü ïîñîáèåì, âåêòîðíóþ äèàãðàììó òðàíñôîðìàòîðà ïðè õîëîñòîì õîäå. Îáúÿñíèòå ñâÿçü ìå18 æäó âåëè÷èíàìè, ïðåäñòàâëåííûìè ãðàôè÷åñêè íà ýòîé äèàãðàììå. 1.4.4.2. Âåêòîð êàêîé âåëè÷èíû ñëåäóåò áðàòü çà îñíîâíîé ïðè ïîñòðîåíèè âåêòîðíîé äèàãðàììû? à) U& 1 ; á) I& 0 ; &. â) F 1.4.5. Òîê è ìîùíîñòü õîëîñòîãî õîäà òðàíñôîðìàòîðà Òîê õîëîñòîãî õîäà I& 0 çàâèñèò îò íîìèíàëüíîé ìîùíîñòè òðàíñôîðìàòîðà è ñîñòàâëÿåò 2–10 % îò íîìèíàëüíîãî ïåðâè÷íîãî òîêà (ìåíüøèå çíà÷åíèÿ îòíîñÿòñÿ ê áîëåå ìîùíûì òðàíñôîðìàòîðàì). Îí ÿâëÿåòñÿ, â îñíîâíîì, íàìàãíè÷èâàþùèì ðåàêòèâíûì Ðèñ. 1.3. Âåêòîðíàÿ äèàãðàììà õîëîñòîãî õîäà òðàíñôîðìàòîðà òîêîì I0ð, íî èìååò è àêòèâíóþ ñîñòàâëÿþùóþ I0à, îïðåäåëÿåìóþ àêòèâíîé ìîùíîñòüþ P0, ïîòðåáëÿåìîé òðàíñôîðìàòîðîì ïðè õîëîñòîì õîäå. Ýòà ìîùíîñòü ðàñõîäóåòñÿ íà ïîêðûòèå ïîòåðü â ñòàëè òðàíñôîðìàòîðà, âûçûâàåìûõ ãèñòåðåçèñîì è âèõðåâûìè òîêàìè. Íàëè÷èå ýòèõ ïîòåðü, à ñëåäîâàòåëüíî, è àêòèâíîãî òîêà I0à, îáóñëàâëèâàåò óãîë ìàãíèòíîãî çàïàçäûâàíèÿ a & . Ïîòåðè â ìåäè ïåðâè÷íîé îáìîòêè, âûçâàííûå ìåæäó I& 0 è F òîêîì õîëîñòîãî õîäà, íè÷òîæíû, è èìè ïðåíåáðåãàþò. ÂÎÏÐÎÑÛ 1.4.5.1. Êàê èçìåíÿåòñÿ ìîùíîñòü õîëîñòîãî õîäà P0 ñ óâåëè÷åíèåì ïåðâè÷íîãî íàïðÿæåíèÿ? à) óìåíüøàåòñÿ; 19 á) óâåëè÷èâàåòñÿ; â) íå èçìåíÿåòñÿ. 1.4.5.2. Íà ñêîëüêî ïðîöåíòîâ èçìåíèòñÿ òîê õîëîñòîãî õîäà I0, åñëè ïåðâè÷íîå íàïðÿæåíèå óâåëè÷èòñÿ íà 20 % ïðè íåèçìåííîé ÷àñòîòå? à) óìåíüøèòñÿ íà 20 %; á) óâåëè÷èòñÿ íà 20 %; â) ìàëî äàííûõ. Ëåêöèÿ 2 ÐÀÁÎÒÀ ÒÐÀÍÑÔÎÐÌÀÒÎÐÀ ÏÎÄ ÍÀÃÐÓÇÊÎÉ 2.1. Ðàáîòà òðàíñôîðìàòîðà ïîä íàãðóçêîé 2.1.1. ßâëåíèÿ è ïðîöåññû, ïðîòåêàþùèå â íàãðóæåííîì òðàíñôîðìàòîðå Åñëè çàìêíóòü ðóáèëüíèê Ê (ðèñ. 2.1) è ïîäêëþ÷èòü òàêèì îáðàçîì íàãðóçêó êî âòîðè÷íîé îáìîòêå òðàíñôîðìàòîðà, òî ïî âòîðè÷íîé öåïè áóäåò ïðîòåêàòü òîê I2. Ñîãëàñíî ïðàâèëó Ëåíöà, ýòîò òîê, ñîçäàâàÿ ñâîþ íàìàãíè÷èâàþùóþ ñèëó, ñòðåìèòñÿ îñëàáèòü îñíîâíîé ìàãíèòíûé ïîòîê â òðàíñôîðìàòîðå. Îäíàêî äàæå ïðè íåçíà÷èòåëüíîì óìåíüøåíèè Ðèñ. 2.1. Ðàáîòà òðàíñôîðìàòîðà ïîòîêà Ô ñîîòâåòñòâåííî ïîä íàãðóçêîé óìåíüøàåòñÿ è ïðîïîðöèîíàëüíàÿ åìó ÝÄÑ E1. Íî òîãäà äîëæåí íàðóøèòüñÿ áàëàíñ íàïðÿæåíèé â ïåðâè÷íîé öåïè, âûðàæàåìûé óðàâíåíèåì (1.4), òàê êàê íàïðÿæåíèå ïåðâè÷íîé îáìîòêè U1 îñòàåòñÿ íåèçìåííûì. Ïîñêîëüêó òàêîãî íàðóøåíèÿ, ñîãëàñíî âòîðîìó çàêîíó Êèðõãîôà, áûòü íå ìîæåò, òî óìåíüøåíèå ÝÄÑ E1 íåèçáåæíî âëå÷åò çà ñîáîé óâåëè÷åíèå ïåðâè÷íîãî òîêà, è óðàâíåíèå íàïðÿæåíèé ïåðâè÷íîé öåïè ïðè ðàáîòå ïîä íàãðóçêîé ïðèíèìàåò âèä U& 1 = -E& 1 + z 1 I&1 . (2.1) 21 Òàêèì îáðàçîì, âñÿêîå èçìåíåíèå òîêà âî âòîðè÷íîé öåïè òðàíñôîðìàòîðà îáÿçàòåëüíî âûçûâàåò ñîîòâåòñòâóþùåå èçìåíåíèå òîêà è â ïåðâè÷íîé öåïè. Îäíàêî ñâÿçàííûå ñ ýòèì èçìåíåíèÿ âåëè÷èíû ìàãíèòíîãî ïîòîêà è ÝÄÑ îáìîòîê òðàíñôîðìàòîðà íåâåëèêè, è â ðàñ÷åòàõ, íå òðåáóþùèõ áîëüøîé òî÷íîñòè, ïðèáëèæåííî ìîæíî ñ÷èòàòü, ÷òî ïîêà íàïðÿæåíèå, ïîäâåäåííîå ê òðàíñôîðìàòîðó, íå ìåíÿåòñÿ, íå ìåíÿåòñÿ íè ìàãíèòíûé ïîòîê, íè ÝÄÑ òðàíñôîðìàòîðà. ÂÎÏÐÎÑÛ 2.1.1.1. Èçìåíÿåòñÿ ëè ÝÄÑ E1 ñ óâåëè÷åíèåì íàãðóçêè (âòîðè÷íîãî òîêà)? à) íå èçìåíÿåòñÿ; á) óâåëè÷èâàåòñÿ íåçíà÷èòåëüíî; â) óìåíüøàåòñÿ íåçíà÷èòåëüíî. 2.1.1.2. Èçìåíÿåòñÿ ëè îñíîâíîé ìàãíèòíûé ïîòîê Ô â ñåðäå÷íèêå òðàíñôîðìàòîðà ïðè óìåíüøåíèè âòîðè÷íîãî òîêà? à) íåçíà÷èòåëüíî óâåëè÷èâàåòñÿ; á) íåçíà÷èòåëüíî óìåíüøàåòñÿ; â) íå èçìåíÿåòñÿ. 2.1.2. Óðàâíåíèå òîêîâ íàãðóæåííîãî òðàíñôîðìàòîðà Óñòàíîâèì òî÷íóþ ñâÿçü ìåæäó òîêàìè ïåðâè÷íîé è âòîðè÷íîé îáìîòîê òðàíñôîðìàòîðà. Òîê, ïðîòåêàþùèé ïî âòîðè÷íîé îáìîòêå, ñîçäàåò íàìàãíè÷èâàþùóþ ñèëó F&2 , äåéñòâóþùóþ íàâñòðå÷ó îñíîâíîìó ìàãíèòíîìó ïîòîêó. Ïîýòîìó íàìàãíè÷èâàþùàÿ ñèëà ïåðâè÷íîé îáìîòêè ìîæåò áûòü ïðåäñòàâëåíà â âèäå äâóõ ñîñòàâëÿþùèõ: F&0 , ñîçäàþùåé îñíîâíîé ìàãíèòíûé ïîòîê, è F&2 , êîìïåíñèðóþùåé ðàçìàãíè÷èâàþùåå äåéñòâèå âòîðè÷íîé îáìîòêè. Òîãäà F&1 = F&0 + (-F&2 ). Îòñþäà èëè 22 F&1 + F&2 = F&0 , w1 I&1 + w 2 I& 2 = w1 I& 0 . (2.2) Ðàçäåëèâ âñå ÷ëåíû óðàâíåíèÿ (2.2) íà w1, ïîëó÷èì w I&1 + 2 I& 2 = I& 0 . w1 Âåëè÷èíà w2 I I 2 = 2 = I 2¢ w1 k íàçûâàåòñÿ ïðèâåäåííûì âòîðè÷íûì òîêîì. Òîãäà I&1 + I& 2¢ = I& 0 . (2.3) Óðàâíåíèå (2.3) íàçûâàåòñÿ óðàâíåíèåì òîêîâ íàãðóæåííîãî òðàíñôîðìàòîðà. Ðåøèâ åãî îòíîñèòåëüíî I&1 : I&1 = I& 0 + (-I& 2¢ ), âèäèì, ÷òî òîê ïåðâè÷íîé îáìîòêè ñîñòîèò èç äâóõ ñîñòàâëÿþùèõ: òîêà õîëîñòîãî õîäà I& 0 , ñîçäàþùåãî ìàãíèòíûé ïîòîê â òðàíñôîðìàòîðå, è íàãðóçî÷íîé ñîñòàâëÿþùåé -I& 2 , êîìïåíñèðóþùåé ðàçìàãíè÷èâàþùåå äåéñòâèå âòîðè÷íîãî òîêà. ÂÎÏÐÎÑÛ 2.1.2.1. Òîê õîëîñòîãî õîäà òðàíñôîðìàòîðà I& 0 = 1 - j5 À, òîê íàãðóçêè -I& 2¢ = -30 + j15 À. Ñêîëüêî àìïåð ïîêàæåò àìïåðìåòð â ïåðâè÷íîé öåïè òðàíñôîðìàòîðà? à) I&1 = 30, 7 À; á) I&1 = 36, 9 À. 2.1.2.2. Íà ñêîëüêî ïðîöåíòîâ óâåëè÷èòñÿ òîê I&1 (ñì. âîïðîñ 2.1.2.1), åñëè âòîðè÷íûé ïðèâåäåííûé òîê áóäåò I& 2¢ = = -60 + j 30 À? à) íà 90 %; á) íà 73,5 %. 2.1.3. Óðàâíåíèå íàïðÿæåíèé âòîðè÷íîé öåïè Ñîãëàñíî 2-ìó çàêîíó Êèðõãîôà, E& 2 + E& ð 2 = r2 I& 2 + z íàãð I& 2 , 23 ãäå E& p 2 — ÝÄÑ âòîðè÷íîãî ðàññåÿíèÿ, èíäóêòèðóåìàÿ ïîòîêîì âòîðè÷íîãî ðàññåÿíèÿ F p 2 , êîòîðûé ñîçäàåòñÿ âòîðè÷íûì òîêîì (ñì. ðèñ. 2.1); z íàãð — ïîëíîå ñîïðîòèâëåíèå öåïè íàãðóçêè. Ýëåêòðîäâèæóùàÿ ñèëà E& p 2 = - jx 2 I& 2 , à ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà íàãðóçêå z íàãð I& 2 ÿâëÿåòñÿ âòîðè÷íûì íàïðÿæåíèåì òðàíñôîðìàòîðà U& 2 . Òîãäà E& 2 - jx 2 I& 2 = r2 I&2 + U& 2 , èëè U& 2 = E& 2 - (r2 + jx 2 )I& 2 = E& 2 - z 2 I&2 . (2.4) Óðàâíåíèå (2.4) è ÿâëÿåòñÿ óðàâíåíèåì íàïðÿæåíèé âòîðè÷íîé öåïè òðàíñôîðìàòîðà. Óðàâíåíèÿ (2.1), (2.3) è (2.4) íàçûâàþòñÿ îñíîâíûìè óðàâíåíèÿìè òðàíñôîðìàòîðà è îïðåäåëÿþò ðàáîòó åãî ïîä íàãðóçêîé. ÂÎÏÐÎÑÛ 2.1.3.1. Ïîëíîå ñîïðîòèâëåíèå âòîðè÷íîé îáìîòêè òðàíñôîðìàòîðà ðàâíî z 2 = 0, 01 + j × 0, 023 Îì. ×åìó ðàâíà ÝÄÑ âòîðè÷íîãî ðàññåÿíèÿ E& p 2 ïðè òîêå I 2 = 260 À? à) 6,5 Â; á) 6 Â. 2.1.3.2. Îïðåäåëèòå âåëè÷èíó âòîðè÷íîé ÝÄÑ E2 òðàíñôîðìàòîðà ïðåäûäóùåãî âîïðîñà, åñëè ïîëíîå ñîïðîòèâëåíèå íàãðóçêè z íàãð = 0, 68 + j 0,51 Îì, à âòîðè÷íûé òîê I& 2 = 270 - j155 À. à) 226 Â; á) ìàëî äàííûõ. 2.2. Ïðèâåäåíèå âòîðè÷íîé îáìîòêè òðàíñôîðìàòîðà ê ïåðâè÷íîé Òàê êàê ïåðâè÷íûå è âòîðè÷íûå íàïðÿæåíèÿ è òîêè òðàíñôîðìàòîðà çíà÷èòåëüíî îòëè÷àþòñÿ ïî âåëè÷èíå, òî äëÿ èõ ñîïîñòàâëåíèÿ è ñîâìåñòíîãî ðàññìîòðåíèÿ ðàáîòû îáåèõ îáìîòîê 24 âòîðè÷íàÿ îáìîòêà ïðèâîäèòñÿ ê âèòêàì ïåðâè÷íîé. Òàêîå ïðèâåäåíèå îñóùåñòâëÿåòñÿ ïóòåì çàìåíû äåéñòâèòåëüíîé âòîðè÷íîé îáìîòêè óñëîâíîé, ðàñ÷åòíîé îáìîòêîé ñ òåì æå ÷èñëîì âèòêîâ, ÷òî è ó ïåðâè÷íîé. Ïðè ýòîì äîëæíî ñîáëþäàòüñÿ îáÿçàòåëüíîå óñëîâèå ðàâåíñòâà âñåõ ìîùíîñòåé (ïîëíûõ, àêòèâíûõ è ðåàêòèâíûõ) ïðèâåäåííîé è íåïðèâåäåííîé âòîðè÷íûõ îáìîòîê. Ïðèâåäåííûå âåëè÷èíû îòëè÷àþòñÿ îò íåïðèâåäåííûõ øòðèõîì ââåðõó ñïðàâà. Ïîñêîëüêó ïðèâåäåííàÿ âòîðè÷íàÿ îáìîòêà èìååò òî æå ÷èñëî âèòêîâ, ÷òî è ïåðâè÷íàÿ, òî, ó÷èòûâàÿ ôîðìóëó (1.3), ïîëó÷àåì E 2 = E 1 = kE 2 . (2.5) Àíàëîãè÷íî, ïóòåì óìíîæåíèÿ íà êîýôôèöèåíò òðàíñôîðìàöèè, ïðèâîäÿòñÿ è íàïðÿæåíèÿ. Èç óñëîâèÿ ðàâåíñòâà ïîëíûõ ìîùíîñòåé ïðèâåäåííîé è íåïðèâåäåííîé îáìîòîê E 2¢ I 2¢ = E 2 I 2 ïîëó÷èì I 2¢ = I 2 E2 I = 2, E1 k (2.6) ò. å. òî, ÷òî ïîëó÷èëè óæå ðàíåå, ïðè âûâîäå óðàâíåíèÿ òîêîâ. Ïðèðàâíèâàÿ ïîòåðè àêòèâíîé ìîùíîñòè â îáåèõ îáìîòêàõ I 2¢ 2 r2¢ = I 22 r2 , îïðåäåëèì ïðèâåäåííîå àêòèâíîå ñîïðîòèâëåíèå: æI ö r2¢ = çç 2 ÷÷÷ r2 = k 2 r2 , çè I 2¢ ÷ø 2 (2.7) à ïðèðàâíèâàÿ ðåàêòèâíûå ìîùíîñòè ðàññåÿíèÿ I 2¢ 2 x ¢2 = I 22 x 2 , ïîëó÷èì è ïðèâåäåííîå ðåàêòèâíîå ñîïðîòèâëåíèå x ¢2 = k 2 x 2 . (2.8) 25 Ïðèâåäåííîå ïîëíîå ñîïðîòèâëåíèå âòîðè÷íîé îáìîòêè áóäåò, ó÷èòûâàÿ (2.7) è (2.8), z ¢2 = r2¢ 2 + x ¢2 2 = k 2 r22 + x 22 = k 2 z 2 . (2.9) Ôîðìóëû ïðèâåäåíèÿ (2.5), (2.6), (2.7), (2.8) è (2.9) ïîçâîëÿþò ëåãêî ïåðåõîäèòü îò íåïðèâåäåííûõ âåëè÷èí ê ïðèâåäåííûì è îáðàòíî. ÂÎÏÐÎÑÛ 2.2.1.  êàêîì ñîîòíîøåíèè íàõîäÿòñÿ ïðèâåäåííûå è íåïðèâåäåíûå âòîðè÷íûå òîêè è ñîïðîòèâëåíèÿ äëÿ ïîâûøàþùåãî òðàíñôîðìàòîðà? Óêàæèòå ïðàâèëüíûé îòâåò. à) r2¢ > r2 ; á) I 2¢ < I 2 ; â) I 2¢ > I 2 . 2.2.2. Òðåõôàçíûé òðàíñôîðìàòîð ñ íîìèíàëüíûìè ëèíåéíûìè íàïðÿæåíèÿìè U 1í = 6000  è U 2 í = 400 Â, ñîåäèíåííûé ñ ïåðâè÷íîé ñòîðîíû òðåóãîëüíèêîì, à ñî âòîðè÷íîé — çâåçäîé, èìååò ïðèâåäåííûå ñîïðîòèâëåíèÿ r2¢ = 2, 25 Îì è x ¢2 = 5,1 Îì. ×åìó ðàâíû r2 è x2? à) r2 = 0, 01 Îì; x 2 = 0, 023 Îì; á) r2 = 0, 0033 ì; x 2 = 0, 0076 Îì. 2.3. Âåêòîðíàÿ äèàãðàììà íàãðóæåííîãî òðàíñôîðìàòîðà Äëÿ ïðèâåäåííîãî òðàíñôîðìàòîðà ëåãêî ïîñòðîèòü âåêòîðíóþ äèàãðàììó. Âîçüìåì íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåííûé ðåæèì ðàáîòû òðàíñôîðìàòîðà íà àêòèâíî-èíäóêòèâíóþ íàãðóçêó. Âåêòîðíàÿ äèàãðàììà íàãðóæåííîãî òðàíñôîðìàòîðà ñòðîèòñÿ íà áàçå îñíîâíûõ óðàâíåíèé (2.1), (2.3) è (2.4). & , ñîçäàííîãî òîÑíà÷àëà ñòðîèì âåêòîð ìàãíèòíîãî ïîòîêà F & êîì I 0 , îïåðåæàþùèì ïîòîê íà óãîë a (ðèñ. 2.2). ÝÄÑ E& 1 è E& 2 îòñòàþò îò ïîòîêà íà óãîë 90°. Òîê I& 2¢ â ñîîòâåòñòâèè ñ õàðàêòåðîì íàãðóçêè îòñòàåò îò E& 2¢ íà óãîë Y2 . Âû÷èòàÿ èç E& 2¢ ïàäåíèÿ íàïðÿæåíèÿ jx 2¢ I& 2¢ (ïåðïåíäèêóëÿðíî I& 2¢ ) è r2¢ I& 2¢ (ïàðàëëåëüíî I& 2¢ ), ïîëó÷èì âòîðè÷íîå íàïðÿæåíèå U& 2¢ . 26 Ïðèáàâëÿÿ ê âåêòîðó I& 0 âåêòîð -I& 2¢ , íàõîäèì ïåðâè÷íûé òîê I&1 , à ïðèáàâëÿÿ ê âåêòîðó -E& 1 ïàäåíèÿ íàïðÿæåíèÿ r1 I&1 è jx1 I&1 , ïîëó÷àåì íàïðÿæåíèå U& 1 . Âåêòîðíàÿ äèàãðàììà íàãëÿäíî ïîêàçûâàåò âçàèìîñâÿçü ìåæäó òîêàìè, ÝÄÑ è íàïðÿæåíèÿìè â ðàáîòàþùåì òðàíñôîðìàòîðå. ÂÎÏÐÎÑÛ 2.3.1. Ïîñòðîéòå âåêòîðíóþ äèàãðàììó òðàíñôîðìàòîðà, ðàáîòàþùåãî íà àêòèâíî-åìêîñòíóþ íàãðóçêó. Ðèñ. 2.2. Âåêòîðíàÿ äèàãðàììà òðàíñôîðìàòîðà, ðàáîòàþùåãî íà àêòèâíî-èíäóêòèâíóþ íàãðóçêó Ëåêöèÿ 3 ÎÏÐÅÄÅËÅÍÈÅ ÏÀÐÀÌÅÒÐΠÑÕÅÌÛ ÇÀÌÅÙÅÍÈß 3.1. Ñõåìà çàìåùåíèÿ òðàíñôîðìàòîðà Óðàâíåíèÿ íàïðÿæåíèé è òîêîâ äëÿ ïðèâåä¸ííîãî òðàíñôîðìàòîðà, îïèñûâàþùèå ýëåêòðîìàãíèòíûå ïðîöåññû â óñòàíîâèâøåìñÿ ðåæèìå, èìåþò âèä U& 1 = -E& 1 + I&1 z 1 = -E& 1 + I&1 (r1 + jx1 ), (3.1) U& 2¢ = -E& 2¢ + I& 2¢ z 2¢ = E& 2¢ - I& 2¢ (r2¢ + jx 2¢ ), (3.2) I&1 = I& 0 + (-I& 2¢ ), (3.3) E& 1 = E& ¢ 2 = I& 0 z m = I& 0 (rm + jx m ). (3.4) Ýòè óðàâíåíèÿ óñòàíàâëèâàþò àíàëèòè÷åñêóþ ñâÿçü ìåæäó ïàðàìåòðàìè òðàíñôîðìàòîðà âî âñ¸ì äèàïàçîíå íàãðóçîê. Ðåøàÿ ñèñòåìó óðàâíåíèé (3.1), (3.2), (3.3), (3.4) îòíîñèòåëüíî òîêà I&1 , ïîëó÷èì U& 1 U& (3.5) I&1 = = 1, z ýêâ z m ( z 2¢ + z í¢ ) z1 + z m + z ¢2 + z ¢í ãäå z ýêâ = z 1 + 28 z m ( z ¢2 + z ¢í ) z m + z ¢2 + z ¢í . (3.6) Óðàâíåíèþ (3.5) ñîîòâåòñòâóåò ýëåêòðè÷åñêàÿ ñõåìà, êîòîðóþ íàçûâàþò ñõåìîé çàìåùåíèÿ òðàíñôîðìàòîðà (ðèñ. 3.1). Ðèñ. 3.1. Ñõåìà çàìåùåíèÿ òðàíñôîðìàòîðà Ó÷àñòîê ñõåìû çàìåùåíèÿ ìåæäó òî÷êàìè à è á íàçûâàþò íàìàãíè÷èâàþùèì êîíòóðîì.  ñõåìå çàìåùåíèÿ òðàíñôîðìàòîðà ìàãíèòíàÿ ñâÿçü ìåæäó îáìîòêàìè çàìåíåíà ýëåêòðè÷åñêîé. Ïàðàìåòðû âåòâè íàìàãíè÷èâàíèÿ z m = rm + jx m îïðåäåëÿþòñÿ òîêîì õîëîñòîãî õîäà (õ. õ.). Íàëè÷èå â ýòîé âåòâè ñîïðîòèâëåíèÿ rm îáóñëîâëåíî ìàãíèòíûìè ïîòåðÿìè, ò. å. ïîòåðÿìè â ñòàëè òðàíñôîðìàòîðà. Ïàðàìåòðû ñõåìû çàìåùåíèÿ ìîãóò áûòü îïðåäåëåíû èç îïûòîâ õ. õ. è êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ (ê. ç.). Íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî åñëè ñõåìó çàìåùåíèÿ (ñì. ðèñ. 3.1) ïîäñîåäèíèòü íà ìåñòî ðåàëüíîãî òðàíñôîðìàòîðà ñ íàïðÿæåíèåì U1, òî îíà áóäåò ïîòðåáëÿòü òàêîé æå òîê I1, òàêóþ æå ìîùíîñòü P1 è ïîòåðè DP, ÷òî è ðåàëüíûé òðàíñôîðìàòîð. 3.2. Îïûòíîå îïðåäåëåíèå ïàðàìåòðîâ ñõåìû çàìåùåíèÿ Ïàðàìåòðû ñõåìû çàìåùåíèÿ òðàíñôîðìàòîðà ìîãóò áûòü îïðåäåëåíû íà îñíîâàíèè îïûòîâ õîëîñòîãî õîäà è êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ (ðèñ. 3.2). Îïûò õîëîñòîãî õîäà Ê ïåðâè÷íîé îáìîòêå (ñì. ðèñ. 3.2, à) ïîäâîäÿò íîìèíàëüíîå íàïðÿæåíèå U 0 = U 1íîì , ê äðóãîé æå îáìîòêå ïîäêëþ÷àþò âîëüòìåòð. 29 Òàê êàê òîê õîëîñòîãî õîäà ìàë ïî ñðàâíåíèþ ñ íîìèíàëüíûì òîêîì òðàíñôîðìàòîðà, òî ýëåêòðè÷åñêèìè ïîòåðÿìè DPýë 1 = I 02 × r1 ïðåíåáðåãàþò è ñ÷èòàþò, ÷òî âñÿ ìîùíîñòü, ïîòðåáëÿåìàÿ òðàíñôîðìàòîðîì, ðàñõîäóåòñÿ íà ïîòåðè â ñòàëè (ðèñ. 3.3). Ïðè ýòîì P0 = I 02 × rm , (3.7) îòêóäà Ðèñ. 3.2. Ñõåìû ïðîâåäåíèÿ îïûòîâ: à — õîëîñòîãî õîäà; á — êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ cos j 0 = rm = P0 , I 02 P0 . U 1í × I 0 Ñ áîëüøîé ñòåïåíüþ òî÷íîñòè, ïîëàãàþò, ÷òî zm = U0 ; x m = z m2 - rm2 . I0 (3.8) Èçìåðèâ íàïðÿæåíèÿ U10 è U20 ïåðâè÷íîé è âòîðè÷íîé îáìîòîê, îïðåäåëÿþò êîýôôèöèåíò òðàíñôîðìàöèè U (3.9) k = 10 . U 20 Îïûò êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ Ðåæèì êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ ÿâëÿåòñÿ èñêóññòâåííûì ðåæèìîì, ñîçäàâàåìûì ñ öåëüþ îïðåäåëåíèÿ ñîïðîòèâëåíèé êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ rk è xk, à òàêæå ïîòåðü ìîùíîñòè â ìåäè îáìîòîê òðàíñôîðìàòîðà. Åãî íå íàäî 30 Ðèñ. 3.3. Ñõåìà çàìåùåíèÿ òðàíñôîðìàòîðà äëÿ ðåæèìà õîëîñòîãî õîäà ïóòàòü ñ àâàðèéíûì êîðîòêèì çàìûêàíèåì, êîòîðîå ïðîèñõîäèò âî âðåìÿ ðàáîòû òðàíñôîðìàòîðà ïðè ïîëíîì ïåðâè÷íîì íàïðÿæåíèè è ÿâëÿåòñÿ î÷åíü îïàñíûì äëÿ òðàíñôîðìàòîðà âñëåäñòâèå áîëüøèõ òîêîâ â îáìîòêàõ. Âòîðè÷íóþ îáìîòêó çàìûêàþò íàêîðîòêî (ñîïðîòèâëåíèå Zí = 0), à ê ïåðâè÷íîé ïîñðåäñòâîì ðåãóëÿòîðà íàïðÿæåíèÿ (ÐÍ) ïîäâîäÿò ïîíèæåííîå íàïðÿæåíèå Uê (ñì. ðèñ. 3.2, á) òàêîé âåëè÷èíû, ïðè êîòîðîì ïî îáìîòêàì ïðîõîäèò íîìèíàëüíûé òîê Iíîì.  ìîùíûõ ñèëîâûõ òðàíñôîðìàòîðàõ íàïðÿæåíèå Uê îáû÷íî ñîñòàâëÿåò 5–15 % îò íîìèíàëüíîãî. Òàê êàê îñíîâíîé ïîòîê çàâèñèò îò íàïðÿæåíèÿ, ïðèëîæåííîãî ê ïåðâè÷íîé îáìîòêå òðàíñôîðìàòîðà, à ìàãíèòíûå ïîòåðè â ñòàëè ïðîïîðöèîíàëüíû êâàäðàòó èíäóêöèè, ò. å. êâàäðàòó ìàãíèòíîãî ïîòîêà, òî ââèäó ìàëîñòè Uê ïðåíåáðåãàþò ìàãíèòíûìè ïîòåðÿìè â ñòàëè è òîêîì õîëîñòîãî õîäà. Ïàðàìåòðû ñõåìû îïðåäåëÿþò èç ñëåäóþùèõ ñîîòíîøåíèé: ü ï ï ï ï ï ï ï ï ï. ý ï 2 ï 2 x ê = x1 + x ¢2 = z ê - rê ;ï ï ï ï Pê ï cos j ê = . ï U ê I íîì ï þ U z ê = z 1 + z ¢2 = ê ; I íîì P rê = r1 + r2¢ = 2ê ; I íîì (3.10) Ðàçäåëèòü z ê íà ñîñòàâëÿþùèå z 1 è z 2¢ äîâîëüíî òðóäíî. Îáû÷íî ïðèíèìàþò ñõåìó çàìåùåíèÿ ñèììåòðè÷íîé (ðèñ. 3.4, à), ïîëàãàÿ z 1 = z ¢2 = 0,5z ê . Ýòî äîïóùåíèå áëèçêî ê äåéñòâèòåëüíîñòè è íå âíîñèò îùóòèìûõ ïîãðåøíîñòåé â ðàñ÷åòû. Âåêòîðíàÿ äèàãðàììà òðàíñôîðìàòîðà ïðè êîðîòêîì çàìûêàíèè ïîêàçàíà íà ðèñ. 3.4, á. Òðåóãîëüíèê ABC, îáðàçóåìûé âåêòîðàìè àêòèâíîãî, ðåàêòèâíîãî è ïîëíîãî ïàäåíèé íàïðÿæåíèÿ, íàçûâàþò òðåóãîëüíèêîì êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ. Îòíîñèòåëüíîå íàïðÿæåíèå êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ ïðè íîìèíàëüíîì òîêå â ïðîöåíòàõ îò íîìèíàëüíîãî íàïðÿæåíèÿ 31 Ðèñ. 3.4. Ñõåìà çàìåùåíèÿ òðàíñôîðìàòîðà è åãî âåêòîðíàÿ äèàãðàììà äëÿ ðåæèìà êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ u ê% = I íîì z ê × 100. U íîì (3.11) Îòíîñèòåëüíûå çíà÷åíèÿ àêòèâíîé è ðåàêòèâíîé ñîñòàâëÿþùèõ íàïðÿæåíèÿ êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ â ïðîöåíòàõ: u ê. à % = I íîì rê I x × 100; u ê. ð % = íîì ê × 100, U íîì U íîì (3.12) èëè u ê. à % = u ê % cos j ê ; u ê. ð % = u ê % sin j ê ; u ê % = u ê2. à % + u ê2. ð % ê . (3.13) Ïî èçâåñòíîé âåëè÷èíå uê% ìîæíî îïðåäåëèòü óñòàíîâèâøèéñÿ òîê êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ â ðåàëüíûõ óñëîâèÿõ ýêñïëóàòàöèè (ïðè íîìèíàëüíîì íàïðÿæåíèè): Iê = U íîì = zê u ê% U íîì 100 = I íîì . U íîì u ê% × 100 × I íîì (3.14) Îáû÷íî â ñèëîâûõ òðàíñôîðìàòîðàõ áîëüøîé è ñðåäíåé ìîùíîñòè âåëè÷èíà uê % ñîñòàâëÿåò 5–15 %. Ïîýòîìó òîê êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ â íèõ â 7–20 ðàç ïðåâûøàåò íîìèíàëüíûé. Êàê ïðàâèëî, ÷åì áîëüøå ìîùíîñòü è íàïðÿæåíèå ñèëîâîãî òðàíñôîðìàòîðà, òåì âûøå íàïðÿæåíèå êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ. 32 ÂÎÏÐÎÑÛ 3.2.1. Çàâèñèò ëè âåëè÷èíà ïîëíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ zê îò îñíîâíîãî ìàãíèòíîãî ïîòîêà òðàíñôîðìàòîðà Ô? à) çàâèñèò; á) íå çàâèñèò. 3.2.2. Êàêîâ áóäåò óñòàíîâèâøèéñÿ ïåðâè÷íûé òîê êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ òðàíñôîðìàòîðà ïðè íîìèíàëüíîì íàïðÿæåíèè, åñëè íàïðÿæåíèå êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ ïðè íîìèíàëüíûõ òîêàõ â îáìîòêàõ U ê = 10 %? à) 10·I1íîì; á) 5·I1íîì; â) ìàëî äàííûõ. E 3.2.3.  êàêîì ñîîòíîøåíèè íàõîäÿòñÿ îòíîøåíèÿ 1íîì U 1íîì E è 1ê ? U 1ê E E à) 1íîì = 1ê ; U 1íîì U 1ê E E á) 1íîì < 1ê ; U 1íîì U 1ê E E â) 1íîì > 1ê . U 1íîì U 1ê 3.3. Èçìåíåíèå âòîðè÷íîãî íàïðÿæåíèÿ òðàíñôîðìàòîðà ïðè íàãðóçêå Èç âåêòîðíîé äèàãðàììû (ñì. ðèñ. 2.2) âèäíî, ÷òî ñ ðîñòîì íàãðóçêè âòîðè÷íîå íàïðÿæåíèå U2 áóäåò óìåíüøàòüñÿ âñëåäñòâèå óâåëè÷åíèÿ ïàäåíèÿ íàïðÿæåíèÿ â îáìîòêàõ òðàíñôîðìàòîðà. Ðàçíîñòü ìåæäó âòîðè÷íûìè íàïðÿæåíèÿìè ïðè õîëîñòîì õîäå U20 è ïðè íàãðóçêå U2 íàçûâàåòñÿ èçìåíåíèåì âòîðè÷íîãî íàïðÿæåíèÿ òðàíñôîðìàòîðà: DU 2 = U 20 - U 2 . ×àñòî îïðåäåëÿåòñÿ îòíîñèòåëüíîå èçìåíåíèå âòîðè÷íîãî íàïðÿæåíèÿ: 33 DU % = U 20 - U 2 100%. U 20 Äëÿ ïðèâåäåííîé âòîðè÷íîé îáìîòêè U 20 » U 1 . Ïîýòîìó ìîæíî íàïèñàòü, ÷òî DU % = U 1 - U 2¢ 100%. U1 Äëÿ îïðåäåëåíèÿ DU èñïîëüçóåì âåêòîðíóþ äèàãðàììó íàãðóæåííîãî òðàíñôîðìàòîðà (ñì. ðèñ. 2.2), ïðåîáðàçîâàâ è óïðîñòèâ åå. Ïîñêîëüêó òîê õîëîñòîãî õîäà I0 íåçíà÷èòåëåí, òî èì ìîæíî ïðåíåáðå÷ü. Òîãäà I 2¢ = I 1 , ïîâåðíóâ íèæíþþ ÷àñòü äèàãðàììû íà 180°, ïîëó÷èì âåêòîðíóþ äèàãðàììó (ðèñ. 3.5). Âûäåëèì íà ýòîé äèàãðàììå ïðÿìîóãîëüíûé òðåóãîëüíèê AÂÑ. Êàòåòû ýòîãî òðåóãîëüíèêà AB = r1 I 1 + r2¢ I 2¢ = (r1 + r2¢ )I 1 = rê I 1 , BC = x1 I 1 + x ¢2 I 2¢ = ( x1 + x ¢2 )I 1 = x ê I 1 . Ãèïîòåíóçà AC = (rê I 1 ) + ( x ê I 1 ) = rê2 + x ê2 I 1 = z ê I 1 . 2 2 Ñîïðîòèâëåíèÿ rê = r1 + r¢, (3.15) x ê = x1 + x ¢2 , (3.16) z ê = rê2 + x ê2 , (3.17) ÿâëÿþùèåñÿ ñîîòâåòñòâåííî ñóììàðíûìè àêòèâíûì, ðåàêòèâíûì è ïîëíûì ñîïðîòèâëåíèÿìè òðàíñôîðìàòîðà, íàçûâàþòñÿ àêòèâíûì, ðåàêòèâíûì è ïîëíûì ñîïðîòèâëåíèÿìè êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ, à òðåóãîëüíèê ÀBÑ — òðåóãîëüíèêîì êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ. 34 Ðèñ. 3.5. Óïðîùåííàÿ âåêòîðíàÿ äèàãðàììà íàãðóæåííîãî òðàíñôîðìàòîðà Ðèñ. 3.6. Îïðåäåëåíèå èçìåíåíèÿ âòîðè÷íîãî íàïðÿæåíèÿ òðàíñôîðìàòîðà Èñêëþ÷èâ èç âåêòîðíîé äèàãðàììû íåíóæíûå äëÿ íàøåé öåëè ïîäðîáíîñòè è âûïîëíèâ äîïîëíèòåëüíûå ïîñòðîåíèÿ, êàê ïîêàçàíî íà ðèñ. 3.6, îïðåäåëèì èç ïîëó÷åííîãî ÷åðòåæà èçìåíåíèå âòîðè÷íîãî íàïðÿæåíèÿ: DU 2¢ = U 1 - U 2¢ = OC - OA » AF , AF = AD + DF , íî AD = AB cos j 2 = rê I 1 cos j 2 , DF = BK = BC sin j 2 = x ê I 1 sin j 2 . Òîãäà DU 2¢ = I 1 (rê cos j 2 + x ê sin j 2 ). (3.18) Îòíîñèòåëüíîå èçìåíåíèå âòîðè÷íîãî íàïðÿæåíèÿ DU % = DU 2¢ I 100% = 1 (rê cos j 2 + x ê sin j 2 ). U1 U1 (3.19) 35 Ïðèíèìàÿ çà êîýôôèöèåíò çàãðóçêè òðàíñôîðìàòîðà âåëè÷èíó I I b= 2 » 1 , I 2 íîì I 1íîì âûðàæåíèå (3.18) ìîæíî çàïèñàòü òàê: DU 2¢ = bI 1íîì (rê cos j 2 + x ê sin j 2 ). (3.20)  ñâÿçè ñ òåì, ÷òî íà ùèòêå è â ïàñïîðòå òðàíñôîðìàòîðà ïðèâîäèòñÿ uê â %, òî óðàâíåíèå (3.20) öåëåñîîáðàçíî ïðåäñòàâèòü ñ ó÷¸òîì (3.12) è (3.13) â âèäå DU 2¢ % = bu ê %(cos j ê × cos j 2 + sin j ê sin j 2 ) = = bu ê % cos(j ê - j 2 ). (3.24) Èíòåðåñíî, ÷òî íàïðÿæåíèå êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ â ïðîöåíòàõ íîìèíàëüíîãî îêàçûâàåòñÿ îäèíàêîâûì, åñëè åãî îïðåäåëÿòü ïðè çàìêíóòîé âòîðè÷íîé îáìîòêå èëè ïðè çàìêíóòîé ïåðâè÷íîé. Ïîýòîìó ×z I¢ ×z I u ê = 2 íîì ê × 100% = 1íîì ê × 100% = ¢ U 2 íîì U 1íîì (3.25) = zê × 100% = z ê %. z íîì Ðàâåíñòâî îòíîñèòåëüíûõ âåëè÷èí íàïðÿæåíèÿ è ñîïðîòèâëåíèÿ êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ î÷åíü íàãëÿäíî è óäîáíî äëÿ ïðàêòè÷åñêèõ ðàñ÷åòîâ. Âûðàæåíèå (3.24) ïîêàçûâàåò, ÷òî èçìåíåíèå âòîðè÷íîãî íàïðÿæåíèÿ ïðè íàãðóçêå òðàíñôîðìàòîðà çàâèñèò îò âåëè÷èíû òîêà íàãðóçêè, íàïðÿæåíèÿ êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ è õàðàêòåðà íàãðóçêè. Íàéäåì DU èç (3.24) äëÿ íåêîòîðûõ çíà÷åíèé óãëà j 2 , îïðåäåëÿåìîãî õàðàêòåðîì íàãðóçêè, ò. å. ñîîòíîøåíèåì àêòèâíûõ è ðåàêòèâíûõ ñîñòàâëÿþùèõ â ñîïðîòèâëåíèè íàãðóçêè ïðè ñëåäóþùèõ óãëàõ: j2 = jê , DU = bu ê (ìàêñèìàëüíàÿ âåëè÷èíà), 36 j 2 = 90°, DU = bu ê.ð , j 2 = 0, DU = bu ê.à , j 2 = -90° DU = -bu ê.ð . Èç óðàâíåíèÿ (3.24) íàéäåì, ÷òî ïðè Du = 0 j ê - j 2 = 90°, j 2 = 90°+j ê . Òàê êàê ó òðàíñôîðìàòîðîâ âñåãäà 0 < j ê < 90°, ýòîò óãîë j 2 < 0. Ñëåäîâàòåëüíî, ïðè íåêîòîðîé àêòèâíî-åìêîñòíîé íàãðóçêå DU = 0 è âòîðè÷íîå íàïðÿæåíèå òðàíñôîðìàòîðà U 2 = const ïðè èçìåíåíèè I2. Èñïîëüçóÿ íàéäåííûå çíà÷åíèÿ DU , ïîñòðîèì ãðàôèê çàâèñèìîñòè DU(j 2 ) ïðè b = const (ðèñ. 3.7). Ìåíüøåé âåëè÷èíå b ñîîòâåòñòâóåò øòðèõîâàÿ êðèâàÿ. Ðèñ. 3.7. Ãðàôèê çàâèñèìîñòè DU (j2 ) ïðè b = const Äåéñòâèòåëüíîå (íåïðèâåäåííîå) èçìåíåíèå âòîðè÷íîãî íàïðÿæåíèÿ DU 2¢ , DU 2 = k âòîðè÷íîå íàïðÿæåíèå òðàíñôîðìàòîðà ïðè çàãðóçêå åãî òîêîì I 2 = bI 2 íîì áóäåò ñëåäóþùèì: U 2 = U 20 - DU 2 . 37 3.4. Âíåøíÿÿ õàðàêòåðèñòèêà òðàíñôîðìàòîðà Çàâèñèìîñòü íàïðÿæåíèÿ íà çàæèìàõ âòîðè÷íîé îáìîòêè îò òîêà íàãðóçêè íàçûâàåòñÿ âíåøíåé õàðàêòåðèñòèêîé òðàíñôîðìàòîðà. Âíåøíÿÿ õàðàêòåðèñòèêà ñíèìàåòñÿ, ðàññ÷èòûâàåòñÿ è ñòðîèòñÿ ïðè U 1 = const è f = const. Îíà ïîêàçûâàåò âåëè÷èíó è èçìåíåíèå U2 ïðè ðàçëè÷íûõ íàãðóçêàõ. Ïîñêîëüêó DU ñóùåñòâåííî çàâèñèò îò cos j 2 , âíåøíèå õàðàêòåðèñòèêè íåîäèíàêîâû ïðè ðàçíûõ õàðàêòåðàõ íàãðóçêè (ðèñ. 3.8). Âíåøíèå õàðàêòåðèñòèêè õîðîøî ñîãëàñóþòñÿ ñ ãðàôèêîì (ñì. ðèñ. 3.7). Ðèñ. 3.8. Âíåøíèå õàðàêòåðèñòèêè òðàíñôîðìàòîðà Î÷åâèäíî, ÷òî ïðè àêòèâíî-èíäóêòèâíîé (j 2 > 0 ) èëè ÷èñòî èíäóêòèâíîé íàãðóçêå (j 2 = 90°) íàïðÿæåíèå U 2¢ ñíèæàåòñÿ ñ ðîñòîì òîêà íàãðóçêè I2 â áîëüøåé ìåðå, ÷åì ïðè àêòèâíîé íàãðóçêå (j 2 = 0 ). Ïðè àêòèâíî-åìêîñòíîé (j 2 < 0 ) èëè ÷èñòî åìêîñòíîé (j 2 = -90°) íàãðóçêå U 2¢ ìîæåò îñòàâàòüñÿ ïîñòîÿííûì èëè äàæå óâåëè÷èâàòüñÿ ñ ðîñòîì òîêà íàãðóçêè. ÂÎÏÐÎÑÛ 3.4.1. Êîòîðûé èç äâóõ òðàíñôîðìàòîðîâ, îòëè÷àþùèõñÿ äðóã îò äðóãà òîëüêî âåëè÷èíîé ìàãíèòíîãî ðàññåÿíèÿ, áóäåò áîëüøå ñíèæàòü âòîðè÷íîå íàïðÿæåíèå ïðè íàãðóçêå? à) âåëè÷èíà ìàãíèòíîãî ðàññåÿíèÿ íå âëèÿåò íà èçìåíåíèå âòîðè÷íîãî íàïðÿæåíèÿ; 38 á) òðàíñôîðìàòîð ñ áîëüøèì ìàãíèòíûì ðàññåÿíèåì; â) òðàíñôîðìàòîð ñ ìåíüøèì ðàññåÿíèåì. 3.4.2. Ïðè êàêîì çíà÷åíèè óãëà j 2 èçìåíåíèå âòîðè÷íîãî íàïðÿæåíèÿ òðàíñôîðìàòîðà áóäåò íàèáîëüøèì (âåëè÷èíà òîêà íàãðóçêè íåèçìåííà)? x à) j 2 = arctg ê ; rê á) j 2 = 90°. 3.4.3. Ìîæåò ëè âíåøíÿÿ õàðàêòåðèñòèêà òðàíñôîðìàòîðà áûòü ïðÿìîé, ïàðàëëåëüíîé îñè àáñöèññ? à) ìîæåò; á) íå ìîæåò. 3.5. Ðåãóëèðîâàíèå íàïðÿæåíèÿ òðàíñôîðìàòîðà ×òîáû ìîæíî áûëî ðåãóëèðîâàòü âòîðè÷íîå íàïðÿæåíèå òðàíñôîðìàòîðà ïðè çíà÷èòåëüíûõ èçìåíåíèÿõ íàãðóçêè èëè êîëåáàíèÿõ ïåðâè÷íîãî íàïðÿæåíèÿ, îáìîòêà âûñøåãî íàïðÿæåíèÿ èìååò òðè îòâåòâëåíèÿ, ñîîòâåòñòâóþùèõ 95, 100 è 105 % íîìèíàëüíîãî ÷èñëà âèòêîâ (ðèñ. 3.9). Çàìûêàÿ ñ ïîìîùüþ ñïåöèàëüíîãî ïåðåêëþ÷àòåëÿ êîíöû ôàçíûõ îáìîòîê x1, y1, z1, èëè x2, y2, z2, èëè x3, y3, z3, ìåíÿþò ÷èñëî âèòêîâ ïåðâè÷íîé îáìîòêè w1, à ñëåäîâàòåëüíî, è êîýôôèöèåíò òðàíñôîðìàöèè k= w1 . w2 Ðèñ. 3.9. Ñõåìà ðåãóëèðîâàíèÿ âòîðè÷íîãî íàïðÿæåíèÿ òðàíñôîðìàòîðà 39 Ñ èçìåíåíèåì k ìåíÿåòñÿ è âòîðè÷íîå íàïðÿæåíèå U2. Ïåðåêëþ÷åíèå ÷èñëà âèòêîâ ïðîèçâîäèòñÿ ïðè îòêëþ÷åííîì òðàíñôîðìàòîðå. ÂÎÏÐÎÑÛ 3.5.1. Òðàíñôîðìàòîð ðàáîòàåò ñ ÷èñëîì âèòêîâ â ôàçå ïåðâè÷íîé îáìîòêè (ñì. ðèñ. 3.9), ðàâíûì 100 %. Êàêîå ÷èñëî âèòêîâ íàäî âçÿòü, ÷òîáû âòîðè÷íîå íàïðÿæåíèå ïîâûñèëîñü? à) 105 %; á) 95 %. 3.5.2. Ïî÷åìó ïåðåêëþ÷åíèå ÷èñëà âèòêîâ äëÿ ðåãóëèðîâàíèÿ íàïðÿæåíèÿ äåëàåòñÿ íà ñòîðîíå âûñøåãî íàïðÿæåíèÿ? 3.5.3. Ó äâóõ òðàíñôîðìàòîðîâ, ðàáîòàþùèõ â ðåæèìå êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ, îäèíàêîâû P1ê è I1ê, íî ðàçëè÷íû U1ê. ×åì îòëè÷àþòñÿ òðàíñôîðìàòîðû äðóã îò äðóãà? à) rêI ¹ rêII ; á) x êI ¹ x êII . 3.5.4. Äâà òðàíñôîðìàòîðà ðàáîòàþò â ðåæèìå êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ è èìåþò îäèíàêîâûå U1ê è I1ê, íî ðàçëè÷íûå Pê. ×åì îòëè÷àþòñÿ èõ ïàðàìåòðû êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ? à) rêI ¹ rêII , x êI = x êII ; á) rêI = rêII , x êI = x êII ; â) rêI ¹ rêII , x êI ¹ x êII . 3.6. Êîýôôèöèåíò ïîëåçíîãî äåéñòâèÿ òðàíñôîðìàòîðà Ïîòåðè ìîùíîñòè â òðàíñôîðìàòîðå ïðè åãî ðàáîòå ïîä íàãðóçêîé ñîñòîÿò èç ïîòåðü â ñòàëè, ðàâíûõ ìîùíîñòè õîëîñòîãî õîäà P0, è ïîòåðü â ìåäè îáìîòîê Pýë. Ïðè êîýôôèöèåíòå çàãðóçêè b Pýë = rê I 12 = b 2 rê I 12íîì = bPê.íîì , ãäå Pê.íîì — ìîùíîñòü êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ ïðè íîìèíàëüíûõ òîêàõ â îáìîòêàõ òðàíñôîðìàòîðà. Òîãäà ÊÏÄ òðàíñôîðìàòîðà h= 40 bS íîì cos j 2 P2 P2 . (3.26) = = 2 P1 P2 + P0 + b Pê.íîì bS íîì cos j 2 + P0 + b 2 Pê.íîì Çäåñü Síîì — íîìèíàëüíàÿ ïîëíàÿ ìîùíîñòü òðàíñôîðìàòîðà, êÂÀ. Óðàâíåíèå (3.26) ìîæíî ïðåîáðàçîâàòü â óäîáíîå äëÿ ïðàêòè÷åñêèõ ðàñ÷åòîâ âûðàæåíèå h= 1- bS íîì Pê.íîì b 2 + P0 . cos j 2 + b 2 Pê.íîì + P0 (3.27) Êàê âèäíî èç ôîðìóëû (3.27), ÊÏÄ çàâèñèò îò íàãðóçêè òðàíñôîðìàòîðà. Çàâèñèìîñòü h = f (b ) ïîêàçàíà íà ðèñ. 3.10. Îïòèìàëüíûé êîýôôèöèåíò çàãðóçêè b îïò , ïðè êîòîðîì ÊÏÄ áóäåò íàèáîëüøèì, ìîæíî îïðåäåëèòü, âçÿâ ïåðâóþ ïðîèçâîäíóþ îò âûðàæåíèÿ (3.27) è ïðèðàâíÿâ åå ê íóëþ. Äëÿ îïðåäåëåíèÿ h ïðè ëþáîé íàãðóçêå äîñòàòî÷íî çíàòü b è cos j 2 , îñòàëüíûå âåëè÷èíû èçâåñòíû èç ïàñïîðòà è ïðîòîêîëà çàâîäñêèõ èñïûòàíèé òðàíñôîðìàòîðà. dh = 0. db Îòñþäà p ýë = b 2 Pê.íîì , è P0 . Pê.íîì Èç âûðàæåíèÿ (3.28) ñëåäóåò, ÷òî b îïò = (3.28) b 2îïò Pê.íîì = P0 . (3.29) Ñëåäîâàòåëüíî, h èìååò ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå, êîãäà ïåðåìåííûå ïîòåðè (ýëåêòðè÷åñêèå) ðàâíû ïîñòîÿííûì (ìàãíèòíûì). Äëÿ ñåðèéíûõ ñèëîâûõ òðàíñôîðìàòîðîâ P0 » 0,25–0,50. Pê.íîì (3.30) Ïîñêîëüêó òðàíñôîðìàòîðû ÷àùå âñåãî ðàáîòàþò íåäîãðóæåííûìè, òî îíè ñòðîÿòñÿ òàê, ÷òî b îïò ëåæèò â ïðåäåëàõ 0,5–0,75. 41 Ðèñ. 3.10. Õàðàêòåðèñòèêà êîýôôèöèåíòà ïîëåçíîãî äåéñòâèÿ òðàíñôîðìàòîðà Ðèñ. 3.11. Õàðàêòåðèñòèêè ÊÏÄ òðàíñôîðìàòîðà Ñ ðîñòîì îòäàâàåìîé ìîùíîñòè êîýôôèöèåíò ïîëåçíîãî äåéñòâèÿ âíà÷àëå óâåëè÷èâàåòñÿ, òàê êàê â ýíåðãåòè÷åñêîì áàëàíñå óìåíüøàåòñÿ óäåëüíîå çíà÷åíèå ìàãíèòíûõ ïîòåðü â ñòàëè, èìåþùèõ ïîñòîÿííîå çíà÷åíèå. Ïðè íåêîòîðîì çíà÷åíèè êîýôôèöèåíòà çàãðóçêè bmax êðèâàÿ ÊÏÄ äîñòèãàåò ìàêñèìóìà, ïîñëå ÷åãî íà÷èíàåò óìåíüøàòüñÿ ñ ðîñòîì íàãðóçêè. Ïðè÷èíîé ÿâëÿåòñÿ ñèëüíîå óâåëè÷åíèå ýëåêòðè÷åñêèõ ïîòåðü â îáìîòêàõ, êîòîðûå âîçðàñòàþò ïðîïîðöèîíàëüíî êâàäðàòó òîêà, ò. å. ïðîïîðöèîíàëüíî êâàäðàòó êîýôôèöèåíòà çàãðóçêè b2, â òî âðåìÿ, êàê ïîëåçíàÿ ìîùíîñòü P2 ðàñòåò ïðîïîðöèîíàëüíî êîýôôèöèåíòó çàãðóçêè b. Íîìèíàëüíûé ÊÏÄ ñèëîâîãî òðàíñôîðìàòîðà çàâèñèò îò åãî íîìèíàëüíîé ìîùíîñòè è íàõîäèòñÿ â ïðåäåëàõ 94–99 %. Áîëåå ìîùíûå òðàíñôîðìàòîðû èìåþò áîëåå âûñîêèé ÊÏÄ. ÂÎÏÐÎÑÛ 3.6.1. Êàêàÿ èç êðèâûõ h = f (b ), ïîêàçàííûõ íà ðèñ. 3.11, îòíîñèòñÿ ê ðàáîòå òðàíñôîðìàòîðà ñ ÷èñòî àêòèâíîé íàãðóçêîé? à) êðèâàÿ 1; á) êðèâàÿ 2. 3.6.2. Ïðè êàêîì êîýôôèöèåíòå çàãðóçêè òðàíñôîðìàòîðà îí áóäåò ðàáîòàòü ñ íàèáîëüøèì ÊÏÄ, åñëè P0 = Pê.íîì ? à) b îïò = 1, 41; á) b îïò = 1, 0. Ëåêöèÿ 4 ÒÐÀÍÑÔÎÐÌÈÐÎÂÀÍÈÅ ÒÐÅÕÔÀÇÍÎÃÎ ÒÎÊÀ 4.1. Ñõåìû è ãðóïïû ñîåäèíåíèÿ òðåõôàçíûõ òðàíñôîðìàòîðîâ Òðàíñôîðìèðîâàíèå òðåõôàçíîãî òîêà ìîæåò îñóùåñòâëÿòüñÿ äâóìÿ ïóòÿìè.  ïåðâîì ñëó÷àå èñïîëüçóåòñÿ ãðóïïà èç òðåõ îäíîôàçíûõ òðàíñôîðìàòîðîâ (ðèñ. 4.1), âî âòîðîì — òðåõôàçíûé òðàíñôîðìàòîð ñ îáùåé ìàãíèòíîé öåïüþ (ðèñ. 4.2). Ðèñ. 4.1. Ñõåìà ãðóïïîâîãî òðàíñôîðìàòîðà  ïåðâîì âàðèàíòå îáùàÿ ñòîèìîñòü òðàíñôîðìàòîðíîé ãðóïïû âûøå, ÷åì ñòîèìîñòü òðåõôàçíîãî òðàíñôîðìàòîðà, íî çàòî â êà÷åñòâå ðåçåðâà äîñòàòî÷íî èìåòü îäèí òðàíñôîðìàòîð, òîãäà êàê âî âòîðîì ñëó÷àå íåîáõîäèì äðóãîé òàêîé æå òðåõôàçíûé òðàíñôîðìàòîð.  çàâîäñêèõ è ãîðîäñêèõ ðàñïðåäåëèòåëüíûõ ñåòÿõ, êàê Ðèñ. 4.2. Ñõåìà òðåõôàçíîãî òðàíñôîðìàòîðà 43 ïðàâèëî, èñïîëúçóþòñÿ òðåõôàçíûå òðàíñôîðìàòîðû, íà ìîùíûõ ðàéîííûõ ïîäñòàíöèÿõ ÷àñòî ïðèìåíÿþòñÿ è ãðóïïîâûå òðàíñôîðìàòîðû. Ðèñ. 4.3. Ãðóïïû ñîåäèíåíèé òðåõôàçíûõ òðàíñôîðìàòîðîâ Îáìîòêè òðåõôàçíûõ òðàíñôîðìàòîðîâ ìîãóò ñîåäèíÿòüñÿ çâåçäîé èëè òðåóãîëüíèêîì. Äëÿ òðàíñôîðìàòîðîâ îòå÷åñòâåííîãî ïðîèçâîäñòâà ïðèíÿòû ñëåäóþùèå ñõåìû ñîåäèíåíèÿ îáìîòîê: äëÿ îáìîòêè âûñøåãî íàïðÿæåíèÿ ðàñïðåäåëèòåëüíûõ òðàíñôîðìàòîðîâ — çâåçäà, äëÿ îáìîòêè íèçøåãî íàïðÿæåíèÿ — çâåçäà ñ âûâåäåííûì íóëåì; ó ìîùíûõ òðàíñôîðìàòîðîâ âûñîêîãî íàïðÿæåíèÿ îáìîòêè âûñøåãî íàïðÿæåíèÿ ñîåäèíÿþòñÿ çâåçäîé, èíîãäà ñ âûâåäåííûì íóëåì, îáìîòêè íèçøåãî íà44 ïðÿæåíèÿ — òðåóãîëüíèêîì. Óñëîâíûå îáîçíà÷åíèÿ ýòèõ òèïîâ òðàíñôîðìàòîðîâ ñîîòâåòñòâåííî áóäóò: l / l 0 - 12 , l / D - 11, l 0 / D - 11. ×èñëà 12 è 11 â óñëîâíîì îáîçíà÷åíèè òèïà òðàíñôîðìàòîðà îáîçíà÷àþò òàê íàçûâàåìóþ ãðóïïó ñîåäèíåíèé òðàíñôîðìàòîðà. Ãðóïïà ñîåäèíåíèé îïðåäåëÿåòñÿ óãëîì ñäâèãà ôàç ìåæäó ëèíåéíûìè ÝÄÑ ïåðâè÷íîé è âòîðè÷íîé îáìîòîê. Çà åäèíèöó ïðèíèìà- Ðèñ. 4.4. Ìàãíèòíàÿ öåïü òðåõôàçíîãî òðàíñôîðìàòîðà åòñÿ óãîë 30° è òàêèì îáðàçîì 12-ÿ ãðóïïà õàðàêòåðèçóåòñÿ óãëîì ìåæäó ëèíåéíûìè ÝÄÑ â 360°, à 11-ÿ — óãëîì 330°. Íà ðèñ. 4.3, à âåêòîðíûå äèàãðàììû ëèíåéíûõ ÝÄÑ (ïîðîçíü è ñîâìåùåííûå) òðåõôàçíûõ òðàíñôîðìàòîðîâ 12-é ãðóïïû, à íà ðèñ. 4.3, á — 11-é ãðóïïû. ÂÎÏÐÎÑÛ 4.1.1. Ïî÷åìó ó òðåõôàçíîãî òðàíñôîðìàòîðà ñ îáùåé ìàãíèòíîé öåïüþ (ðèñ. 4.4) òîê õîëîñòîãî õîäà I0 â ñðåäíåé ôàçå çíà÷èòåëüíî ìåíüøå, ÷åì â êðàéíèõ? 4.1.2. Èçìåíèòñÿ ëè ãðóïïà ñîåäèíåíèé ó òðåõôàçíîãî òðàíñôîðìàòîðà, ñîåäèíåííîãî ïî ñõåìå (ðèñ. 4.5, à), åñëè îáìîòêó íèçøåãî íàïðÿæåíèÿ ïåðåñîåäèíèòü ñîãëàñíî ñõåìå (ðèñ. 4.5, á)? à) íå èçìåíèòñÿ; á) èçìåíèòñÿ. Ðèñ. 4.5. Ñõåìû ñîåäèíåíèÿ îáìîòîê òðåõôàçíîãî òðàíñôîðìàòîðà 45 4.2. Ïàðàëëåëüíàÿ ðàáîòà òðàíñôîðìàòîðîâ. Óñëîâèÿ âêëþ÷åíèÿ íà ïàðàëëåëüíóþ ðàáîòó Ïàðàëëåëüíàÿ ðàáîòà áûâàåò íåîáõîäèìîé è öåëåñîîáðàçíîé: – äëÿ ðåçåðâèðîâàíèÿ, ïîâûøåíèÿ íàäåæíîñòè ýëåêòðîñíàáæåíèÿ îòâåòñòâåííûõ ïîòðåáèòåëåé, ÷òîáû â ñëó÷àå íåèñïðàâíîñòè â ëèíèè ñ îäíèì òðàíñôîðìàòîðîì ýíåðãèÿ áåç ïåðåðûâà ïîäàâàëàñü ÷åðåç äðóãîé; – äëÿ óâåëè÷åíèÿ ÊÏÄ òðàíñôîðìàòîðíûõ ïîäñòàíöèé ïðè ìàëûõ íàãðóçêàõ, êîãäà ÷àñòü èç ïàðàëëåëüíî ðàáîòàþùèõ òðàíñôîðìàòîðîâ îòêëþ÷àåòñÿ; – êîãäà ñóììàðíàÿ ìîùíîñòü íàãðóçêè ïðåâûøàåò íîìèíàëüíóþ ìîùíîñòü êàæäîãî èç èìåþùèõñÿ â íàëè÷èè òðàíñôîðìàòîðîâ. Äëÿ âêëþ÷åíèÿ òðàíñôîðìàòîðîâ ÒðI è ÒðII íà ïàðàëëåëüíóþ ðàáîòó (ðèñ. 4.6) íåîáõîäèìî, ÷òîáû ïðè õîëîñòîì õîäå â èõ îáìîòêàõ íå âîçíèêàëè óðàâíèòåëüíûå òîêè è ÷òîáû íàãðóçêà ðàñïðåäåëÿëàñü ìåæäó îáîèìè òðàíñôîðìàòîðàìè â ñîîòâåòñòâèè ñ èõ íîìèíàëüíîé ìîùíîñòüþ. Äëÿ ýòîãî òðåáóåòñÿ ñîáëþäàòü ðÿä óñëîâèé. Ïðè íåðàâåíñòâå ÝÄÑ E20I è E20II ïàðàëëåëüíî ðàáîòàþùèõ òðàíñôîðìàòîðîâ (èõ âòîðè÷íûõ íàïðÿæåíèé ïðè õîëîñòîì õîäå — ñì. ðèñ. 4.6) âîçíèêàåò óðàâíèòåëüíûé òîê. Ýòîò òîê âûçûâàåò öèðêóëÿöèþ ìîùíîñòè îò îäíîãî òðàíñôîðìàòîðà ê äðóãîìó, à ñëåäîâàòåëüíî, íåðàâíîìåðíóþ íàãðóçêó òðàíñôîðìàòîðîâ, ñîïðîâîæäàþùóþñÿ óâåëè÷åíèåì ïîòåðü è íàãðåâà. Âåëè÷èíà óðàâíèòåëüíîãî òîêà E& - E& 20 II . I& óð = 20 I z êI + z êII (4.1) Èç ôîðìóëû (4.1) ñëåäóåò, ÷òî ïåðâûì íåîáõîäèìûì óñëîâèåì äëÿ âêëþ÷åíèÿ òðàíñôîðìàòîðîâ íà ïàðàëëåëüíóþ ðàáîòó ÿâëÿåòñÿ ðàâåíñòâî èõ âòîðè÷íûõ ÝÄÑ, ò. å. âòîðè÷íûõ íàïðÿæåíèé õîëîñòîãî õîäà (ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî ïåðâè÷íûå íàïðÿæåíèÿ ó íèõ îäèíàêîâû, ò. å. ÷òî òðàíñôîðìàòîðû ïîäêëþ÷åíû ê îäíîé è òîé æå ïåðâè÷íîé ñåòè). Ïðè ýòîì òðàíñôîðìàòîðû äîëæíû 46 èìåòü îäèíàêîâûå êîýôôèöèåíòû òðàíñôîðìàöèè. Íà ïðàêòèêå äîïóñêàåòñÿ ïàðàëëåëüíàÿ ðàáîòà ñèëîâûõ òðàíñôîðìàòîðîâ, èìåþùèõ ðàçëè÷èå â êîýôôèöèåíòàõ òðàíñôîðìàöèè íå áîëåå 0,5 %, à äëÿ òðàíñôîðìàòîðîâ ñ k > 3 — íå áîëåå 1 %. Ïðè òàêîì ðàçëè÷èè â êîýôôèöèåíòàõ òðàíñôîðìàöèè ðàçíîñòü âòîðè÷íûõ ÝÄÑ DE& (ðèñ. 4.7, à) áóäåò íåáîëüøîé è óðàâíèòåëüíûé òîê — íåçíà÷èòåëüíûì. Ðèñ. 4.6. Ñõåìû: à — âêëþ÷åíèÿ òðàíñôîðìàòîðîâ ïðè ïàðàëëåëüíîé ðàáîòå; á — çàìåùåíèÿ òðàíñôîðìàòîðîâ Ðèñ. 4.7. Âåêòîðíûå äèàãðàììû íàïðÿæåíèé ïðè ïàðàëëåëüíîé ðàáîòå òðàíñôîðìàòîðîâ: à — îäíîé ãðóïïû ñ ðàçëè÷íûìè k; á — ðàçíûõ ãðóïï ñ îäèíàêîâûìè k Âòîðûì íåîáõîäèìûì óñëîâèåì ÿâëÿåòñÿ ñîâïàäåíèå ïî ôàçå ÝÄÑ E& 20 I è E& 20 II , ñ òåì ÷òîáû èõ âåêòîðíàÿ ðàçíîñòü DE& = E& 20 I - E& 20 II áûëà ðàâíà íóëþ. Äëÿ ýòîãî ïàðàëëåëüíî ðàáîòàþùèå òðàíñôîðìàòîðû äîëæíû ïðèíàäëåæàòü ê îäíîé ãðóïïå ñîåäèíåíèé. Ïðè íåâûïîëíåíèè ýòîãî óñëîâèÿ ìåæäó îäíîèìåííûìè çàæèìàìè âòîðè÷íûõ îáìîòîê âîçíèêàåò ðàçíîñòü ÝÄÑ DE& (ðèñ. 4.7, á), âûçûâàþùàÿ ïîÿâëåíèå óðàâíèòåëüíîãî òîêà. Òàê, åñëè òðàíñôîðìàòîðû ïðèíàäëåæàò äàæå ê áëèæàéøèì ãðóïïàì (íàïðèìåð, 11 è 0), ñäâèã ïî ôàçå ìåæäó èõ âòîðè÷íûìè ÝÄÑ ñîñòàâëÿåò 30°, è â êîíòóðå ïàðàëëåëüíî ñîåäèíåííûõ âòîðè÷íûõ îáìîòîê âîçíèêàåò áîëüøàÿ ðàçíîñòü ÝÄÑ: DE& = E& 20 I - E& 20 II = 2E 20 sin 15°= 0,52E 20 . 47 Ïðè ýòîì óðàâíèòåëüíûé òîê îêàæåòñÿ â íåñêîëüêî ðàç áîëüøå íîìèíàëüíîãî. Ðàñïðåäåëåíèå íàãðóçîê. Èç óñëîâèÿ, ïîëó÷åííîãî äëÿ óïðîùåííîé ñõåìû çàìåùåíèÿ òðàíñôîðìàòîðîâ (ñì. ðèñ. 4.6, á): I I z êI = I II z êII = I III z êIII =K = I n z ên , (4.2) ìîæíî íàéòè ðàñïðåäåëåíèå íàãðóçîê ìåæäó ïàðàëëåëüíî âêëþ÷åííûìè òðàíñôîðìàòîðàìè. Ïðåíåáðåãàÿ ðàçëè÷èåì â ôàçå òîêîâ, êîòîðàÿ çàâèñèò îò ñîîòíîøåíèÿ àêòèâíûõ è ðåàêòèâíûõ ñîïðîòèâëåíèé êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ (ðàçëè÷èå îáû÷íî íåâåëèêî), è çàìåíÿÿ êîìïëåêñíûå âåëè÷èíû èõ ìîäóëÿìè, ïîëó÷èì I I : I II : I III = 1 1 1 , : : z êI z êII z êIII (4.3) ò. å. òîêè ðàñïðåäåëÿþòñÿ ìåæäó òðàíñôîðìàòîðàìè îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëüíî ñîïðîòèâëåíèÿì êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ. Óðàâíåíèå (4.3) ìîæíî ïðèâåñòè ê âèäó I I : I II : I III = I íîìI I I : íîìII : íîìIII . I íîìI z êI I íîìII z êII I íîìIII z êIII Óìíîæàÿ ëåâóþ ÷àñòü (4.4) íà U 2 cos j 2 , à ïðàâóþ — íà (4.4) 2 U íîì , 100 çàïèøåì: PI : PII : PIII = S íîìI S íîìII S íîìIII , : : u êI% u êII% u êIII% (4.5) Ñëåäîâàòåëüíî, äëÿ òîãî ÷òîáû íàãðóçêè ðàñïðåäåëÿëèñü ìåæäó ïàðàëëåëüíî âêëþ÷åííûìè òðàíñôîðìàòîðàìè ïðÿìî ïðîïîðöèîíàëüíî èõ íîìèíàëüíûì ìîùíîñòÿì, îíè äîëæíû èìåòü îäèíàêîâûå íàïðÿæåíèÿ êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ. Ïðàêòè÷åñêè óäîâëåòâîðèòåëüíîå ðàñïðåäåëåíèå íàãðóçêè ïîëó÷àåòñÿ â òåõ ñëó÷àÿõ, êîãäà íàïðÿæåíèÿ êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ ïàðàëëåëüíî ðàáîòàþùèõ òðàíñôîðìàòîðîâ îòêëîíÿþòñÿ îò èõ ñðåäíåàðèôìåòè÷åñêîãî çíà÷åíèÿ íå áîëåå ÷åì íà ±10 %. Åñëè ïðè ïàðàëëåëüíîé ðàáîòå íàïðÿæåíèÿ uê % íå ðàâíû, òî ïåðåãðóæàòüñÿ áóäåò òðàíñôîðìàòîð ñ ìåíüøèì çíà÷åíèåì uê %, 48 ò. å. ñ ìåíüøèì ñîïðîòèâëåíèåì zê.  ýòîì ñëó÷àå ïðèäåòñÿ óìåíüøèòü îáùóþ íàãðóçêó âñåé ãðóïïû ïàðàëëåëüíî ðàáîòàþùèõ òðàíñôîðìàòîðîâ, ò. å. óñòàíîâëåííàÿ ìîùíîñòü òðàíñôîðìàòîðîâ áóäåò íåäîèñïîëüçîâàíà. Ïðè íåðàâåíñòâå àêòèâíûõ uê.à % è ðåàêòèâíûõ uê.ð % ñîñòàâëÿþùèõ íàïðÿæåíèé êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ òîêè ïàðàëëåëüíî ðàáîòàþùèõ òðàíñôîðìàòîðîâ ñäâèíóòû ïî ôàçå íà íåêîòîðûé óãîë. Ïðè ýòîì ñóììàðíûé òîê, îòäàâàåìûé íàãðóçêå, ðàâåí âåêòîðíîé ñóììå òîêîâ âñåõ òðàíñôîðìàòîðîâ, ò. å. ìåíüøå èõ àëãåáðàè÷åñêîé ñóììû. Ñëåäîâàòåëüíî, è â ýòîì ñëó÷àå íîìèíàëüíàÿ ìîùíîñòü òðàíñôîðìàòîðîâ èñïîëüçóåòñÿ íå ïîëíîñòüþ. Ó òðàíñôîðìàòîðîâ ðàçëè÷íûõ ìîùíîñòåé ñîñòàâëÿþùèå uê.à % è uê.ð % ðàçëè÷íû: ó òðàíñôîðìàòîðîâ áîëüøåé ìîùíîñòè uê.ð % áîëüøå, à uê.à % — ìåíüøå, ÷åì ó òðàíñôîðìàòîðîâ ìåíüøåé ìîùíîñòè. Ïî ýòîé ïðè÷èíå íå ðåêîìåíäóåòñÿ âêëþ÷åíèå íà ïàðàëëåëüíóþ ðàáîòó òðàíñôîðìàòîðîâ ñ îòíîøåíèåì íîìèíàëüíûõ ìîùíîñòåé áîëüøå òðåõ. ÂÎÏÐÎÑÛ 4.2.1. ×òî òàêîå ãðóïïà ñîåäèíåíèÿ è êàê îíà îáîçíà÷àåòñÿ? 4.2.2. Êàêèå ãðóïïû ñîåäèíåíèé ïðåäóñìîòðåíû ÃÎÑÒîì? 4.2.3. Êàê èç îñíîâíîé ãðóïïû ìîæíî ïîëó÷èòü ïðîèçâîäíóþ? 4.2.4. Êàê èçìåíèòñÿ îòíîøåíèå ëèíåéíûõ íàïðÿæåíèé òðàíñôîðìàòîðà, åñëè íóëåâóþ ãðóïïó ñîåäèíåíèÿ èçìåíèòü íà 11-þ? 4.2.5. Êàêèå óñëîâèÿ íåîáõîäèìî ñîáëþäàòü ïðè âêëþ÷åíèè òðàíñôîðìàòîðîâ íà ïàðàëëåëüíóþ ðàáîòó? 4.3. Àâòîòðàíñôîðìàòîð Àâòîòðàíñôîðìàòîðîì íàçûâàþò òàêîé òðàíñôîðìàòîð, ó êîòîðîãî îáìîòêà íèçøåãî íàïðÿæåíèÿ ÿâëÿåòñÿ ÷àñòüþ îáìîòêè âûñøåãî íàïðÿæåíèÿ.  ñõåìå ïîíèæàþùåãî àâòîòðàíñôîðìàòîðà (ðèñ. 4.8) ïåðâè÷íîå íàïðÿæåíèå ïîäâîäèòñÿ ê çàæèìàì A è Õ; âòîðè÷íîé îáìîòêîé ñëóæèò ÷àñòü ïåðâè÷íîé îáìîòêè ìåæäó çàæèìàìè à è x. 49 U2 = U1 , kA (4.6) ãäå kÀ — êîýôôèöèåíò òðàíñôîðìàöèè.  äâóõîáìîòî÷íîì òðàíñôîðìàòîðå ïîëíàÿ ìîùíîñòü îáåèõ îáìîòîê (4.7) S Òð = I 1E 1 + I 2 E 2 . Ðèñ. 4.8. Ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà àâòîòðàíñôîðìàòîðà  àâòîòðàíñôîðìàòîðå ýòà ìîùíîñòü ðàâíà ñóììå ìîùíîñòåé íà ó÷àñòêàõ Aa è ax: (4.8) S AÒð = S Aa + S ax . Íà ó÷àñòêå Àà èìååì S Aa = I 1E Aa = I 1E 1 (w Ax - w ax ) æ w Aa 1ö = I 1E 1 = I 1E 1 çç1 - ÷÷÷. (4.9) çè w Ax w Ax k A ÷ø Íà ó÷àñòêå ax ÷åðåç îáìîòêó ïðîõîäèò òîê, ðàâíûé I& ax = I& 2 - I&1 . Îäíàêî òîêè I&1 è I& 2 ñäâèíóòû ïî ôàçå ïðèáëèçèòåëüíî íà óãîë 180°. Ïîýòîìó, ïðåíåáðåãàÿ òîêîì õîëîñòîãî õîäà è ïåðåõîäÿ ê ìîäóëÿì òîêîâ I1 è I2, ïîëó÷èì I ax » I 2 - I 1 » æ 1 ö÷÷ » I 2 ççç1 ÷. Ñëåäîâàòåëüíî, ìîùíîñòü íà ó÷àñòêå ax k AÒð ÷ø çè æ 1ö S ax = E 2 I 2 çç1 - ÷÷÷. çè k A ÷ø (4.10) Ñóììàðíàÿ ìîùíîñòü âñåõ îáìîòîê òðàíñôîðìàòîðà æ æ 1ö 1ö S AÒð = (I 1E 1 + I 2 E 2 )çç1 - ÷÷÷ = S Òð çç1 - ÷÷÷. ç çè è k A ÷ø k A ÷ø (4.11) Òàêèì îáðàçîì, ñóììàðíàÿ ìîùíîñòü îáìîòîê àâòîòðàíñôîðìàòîðà ìåíüøå, ÷åì ìîùíîñòü îáìîòîê äâóõîáìîòî÷íîãî òðàíñôîðìàòîðà ïðè òîé æå ïðîõîäíîé ìîùíîñòè I 1E 1 » I 2 E 2 , ïåðåäàâàåìîé èç ïåðâè÷íîé öåïè âî âòîðè÷íóþ. Îòíîøåíèå ýòèõ ìîùíîñòåé S AÒð 1 . (4.12) = 1S Òð k AÒð 50 Ôèçè÷åñêè ýòî ìîæíî îáúÿñíèòü òåì, ÷òî â àâòîòðàíñôîðìàòîðå ÷àñòü ýíåðãèè ïåðåäàåòñÿ èç ïåðâè÷íîé öåïè âî âòîðè÷íóþ íåïîñðåäñòâåííî ýëåêòðè÷åñêèì ïóòåì. Ïðè íîìèíàëüíîì ðåæèìå â äâóõîáìîòî÷íîì òðàíñôîðìàòîðå ýëåêòðè÷åñêèå ïîòåðè DPýë.òð » I 12íîì rê = Pê. AÒð . (4.13)  àâòîòðàíñôîðìàòîðå ñóììàðíûå ïîòåðè íà ó÷àñòêàõ Aa è ax DPýë. AÒð = DPýë. Ax + DPýë. ax , (4.14) 2 DPýë. AÒð = I Aa rAa + I ax2 rax . (4.15) èëè  àâòîòðàíñôîðìàòîðå I Aa = I 1 , ïîýòîìó ñå÷åíèÿ ïðîâîäîâ â ïåðâè÷íîé îáìîòêå äâóõîáìîòî÷íîãî òðàíñôîðìàòîðà è íà ó÷àñòêå A-a àâòîòðàíñôîðìàòîðà áóäóò îäèíàêîâû, à ñîïðîòèâëåíèå rAa < r1 : rAa = r1 æ w Aa r1 (w1 - w 2 ) 1ö = = r1 çç1 - ÷÷÷. çè w Ax w1 k A ÷ø (4.16) Íà ó÷àñòêå ax àâòîòðàíñôîðìàòîðà ñå÷åíèå ïðîâîäà ìîæåò áûòü âûáðàíî ìåíüøèì, ÷åì âî âòîðè÷íîé îáìîòêå äâóõîáìîòî÷íîãî òðàíñôîðìàòîðà — ïðîïîðöèîíàëüíî îòíîøåíèþ òîêîâ, ïðîõîäÿùèõ ïî ó÷àñòêó ax è âòîðè÷íîé îáìîòêå: rax I = 2 » r2 I ax I2 æ 1ö I 2 çç1 - ÷÷÷ çè k A ÷ø 1 » 1- 1 kA . (4.17) Èç ôîðìóë (4.15) è (4.17) ñëåäóåò, ÷òî DPýë. AÒð 2 æç 1 ÷ö 1 ÷ö 2æ ç = I r ç1 - ÷÷ + I 2 ç1 - ÷÷ çè çè k A ÷ø k A ÷ø 2 1 1 r2 1- 1 kA » (4.18) æ 1ö » (I 12 r1 + I 22 r2 çç1 - ÷÷÷. çè k A ÷ø ) 51 Ñëåäîâàòåëüíî, îòíîøåíèå ýëåêòðè÷åñêèõ ïîòåðü â àâòîòðàíñôîðìàòîðå è äâóõîáìîòî÷íîì òðàíñôîðìàòîðå DPýë. AÒð 1 . (4.19) » 1DPýë.Òð k AÒð Âûðàæåíèå (4.19) ïîêàçûâàåò, ÷òî ïîòåðè ìîùíîñòè â àâòîòðàíñôîðìàòîðå ìåíüøå, ÷åì â äâóõîáìîòî÷íîì òðàíñôîðìàòîðå. Îòíîøåíèå DPýë.Òð S Òð k AÒð (4.20) = = = k DPýë. AÒð S AÒð k AÒð - 1 íàçûâàþò êîýôôèöèåíòîì âûãîäíîñòè. Çàâèñèìîñòü êîýôôèöèåíòà âûãîäíîñòè k îò êîýôôèöèåíòà òðàíñôîðìàöèè kA àâòîòðàíñôîðìàòîðà ïðèâåäåíà íà ðèñ. 4.9. Î÷åâèäíî, ÷åì áëèæå çíà÷åíèå êîýôôèöèåíòà kA ê åäèíèöå, òåì âûãîäíåå ñ òî÷êè çðåíèÿ óìåíüøåíèÿ ìàññû, ãàáàðèòíûõ ðàçìåðîâ è ïîòåðü ìîùíîñòè ïðèìåíÿòü àâòîòðàíñôîðìàòîðû. Òàêèì îáðàçîì, àâòîòðàíñôîðìàòîð, ïî ñðàâíåÐèñ. 4.9. Çàâèñèìîñòü êîýôôèöèåíòà íèþ ñ òðàíñôîðìàòîðîì âûãîäíîñòè îò êîýôôèöèåíòà òðàíñðàâíîé ìîùíîñòè, îáëàäàåò ôîðìàöèè ñëåäóþùèìè ïðåèìóùåñòâàìè: ìåíüøèì ðàñõîäîì àêòèâíûõ ìàòåðèàëîâ (ìåäü è ýëåêòðîòåõíè÷åñêàÿ ñòàëü), áîëåå âûñîêèì ÊÏÄ, ìåíüøèìè ðàçìåðàìè è ñòîèìîñòüþ. Ó àâòîòðàíñôîðìàòîðîâ áîëüøîé ìîùíîñòè ÊÏÄ äîñòèãàåò 99,7 %. Óêàçàííûå ïðåèìóùåñòâà àâòîòðàíñôîðìàòîðà òåì çíà÷èòåëüíåå, ÷åì áîëüøå ìîùíîñòü SÝ, à ñëåäîâàòåëüíî, ÷åì ìåíüøå ðàñ÷åòíàÿ ÷àñòü ïðîõîäíîé ìîùíîñòè. Ìîùíîñòü SÝ, ïåðåäàâàåìàÿ èç ïåðâè÷íîé âî âòîðè÷íóþ öåïü áëàãîäàðÿ ýëåêòðè÷åñêîé ñâÿçè ìåæäó ýòèìè öåïÿìè, îïðåäåëÿåòñÿ âûðàæåíèåì S ïð U I , (4.21) SÝ = 2 2 = kA kA 52 ò. å. çíà÷åíèå ìîùíîñòè SÝ îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëüíî êîýôôèöèåíòó òðàíñôîðìàöèè àâòîòðàíñôîðìàòîðà kA.  òåõíèêå ïðèìåíÿþò àâòîòðàíñôîðìàòîðû ïðè k A £ 2,5–3. Ñèëîâûå àâòîòðàíñôîðìàòîðû ñëóæàò äëÿ ñíèæåíèÿ íàïðÿæåíèÿ ïðè ïóñêå ìîùíûõ àñèíõðîííûõ è ñèíõðîííûõ ýëåêòðîäâèãàòåëåé. Àâòîòðàíñôîðìàòîðû áîëüøîé ìîùíîñòè øèðîêî ïðèìåíÿþò äëÿ ñîåäèíåíèÿ âûñîêîâîëüòíûõ ñåòåé ðàçëè÷íûõ íàïðÿæåíèé (110, 150, 220, 330, 500, 750 êÂ). Ñóùåñòâåííûì íåäîñòàòêîì àâòîòðàíñôîðìàòîðîâ ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî âòîðè÷íàÿ öåïü ó íèõ ýëåêòðè÷åñêè ñîåäèíåíà ñ ïåðâè÷íîé. Ïîýòîìó îáìîòêà ÍÍ è ïîäêëþ÷åííûå ê íåé ïîòðåáèòåëè äîëæíû èìåòü òó æå èçîëÿöèþ ïî îòíîøåíèþ ê çåìëå, ÷òî è îáìîòêà ÂÍ è ïåðâè÷íàÿ öåïü. ÂÎÏÐÎÑÛ 4.3.1. Êàê èçìåíèòñÿ ïîêàçàíèå âàòòìåòðà (ðèñ. 4.10), åñëè ïåðåêëþ÷àòåëü â ïåðâè÷íîé öåïè àâòîòðàíñôîðìàòîðà ïåðåâåñòè èç ïîëîæåíèÿ 1 â ïîëîæåíèå 2? à) íå èçìåíèòñÿ; á) óìåíüøèòñÿ; â) óâåëè÷èòñÿ. 4.3.2. Êàê èçìåíèòñÿ âòîðè÷íîå íàïðÿæåíèå àâòîòðàíñôîðìàòîðà, åñëè w1 óìåíüøèòü íà 10 %, à w2 óâåëè÷èòü íà 10 %? Ðèñ. 4.10. Ñõåìà àâòîòðàíñà) óìåíüøèòñÿ íà 20 %; ôîðìàòîðà ñ ïåðåìåííûì á) íå èçìåíèòñÿ; ÷èñëîì ïåðâè÷íûõ âèòêîâ â) óâåëè÷èòñÿ íà 22 %. Îòâåòû íà âîïðîñû äëÿ ñàìîïðîâåðêè ê ëåêöèÿì 1–4 Îòâåòû ïî ïóíêòó «à» 1.2.1. Îòâåò íåïðàâèëåí. 1.2.2. Îòâåò ïðàâèëåí. 1.3.1. Îòâåò íåïðàâèëåí. 1.3.2. Îòâåò ïðàâèëåí. 1.3.3. Îòâåò ïðàâèëåí. 1.4.1.1. Îòâåò íåïðàâèëåí. 53 1.4.1.2. Îòâåò íåâåðåí. 1.4.2.1. Îòâåò íåâåðåí. 1.4.2.2. Îòâåò ïðàâèëåí. 1.4.3.1. Îòâåò íåâåðåí. 1.4.3.2. Îòâåò ïðàâèëåí. 1.4.4.2. Îòâåò íåâåðåí. 1.4.5.1. Îòâåò íåïðàâèëåí. 1.4.5.2. Îòâåò íåâåðåí. 2.1.1.1. Îòâåò íåâåðåí. 2.1.1.2. Îòâåò ïðàâèëåí. 2.1.2.1. Îòâåò íåâåðåí. Òîê I&1 ïîäñ÷èòàí íà îñíîâå íåâåðíîãî óðàâíåíèÿ I&1 = I& 0 + I& 2¢ . 2.1.2.2. Îòâåò ïðàâèëåí. 2.1.3.1. Îòâåò íåâåðåí. ÝÄÑ ðàññåÿíèÿ E ð 2 ïîäñ÷èòàíà èñõîäÿ èç ïîëíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ z2. 2.1.3.2. Îòâåò âåðåí. 2.2.1. Îòâåò íåâåðåí. 2.2.2. Îòâåò íåâåðåí. Êîýôôèöèåíò òðàíñôîðìàöèè ïîäñ÷èòàí íåïðàâèëüíî, ïî ëèíåéíûì íàïðÿæåíèÿì, à íå ïî ôàçíûì. 3.4.1. Îòâåò íåâåðåí. 3.4.2. Îòâåò ïðàâèëåí. 3.4.3. Îòâåò âåðåí. 3.5.1. Îòâåò íåâåðåí. 3.2.1. Îòâåò íåïðàâèëåí. 3.2.2. Îòâåò ïðàâèëåí. 3.2.3. Îòâåò íåâåðåí. 3.5.3. Îòâåò íåâåðåí. 3.5.4. Îòâåò íåïðàâèëåí. 3.6.1. Îòâåò ïðàâèëåí. 3.6.2. Îòâåò íåïðàâèëåí. 4.1.1. Îòâåò íåâåðåí. 4.1.2. Îòâåò íåâåðåí. Îòâåòû ïî ïóíêòó «á» 1.2.1. Îòâåò ïðàâèëåí. 1.2.2. Îòâåò íåâåðåí. 1.3.1. Îòâåò ïðàâèëåí. 54 1.3.2. Îòâåò íåâåðåí. 1.3.3. Îòâåò íåâåðåí. 1.4.1.1. Îòâåò íåïðàâèëåí. 1.4.1.2. Îòâåò ïðàâèëåí. 1.4.2.1. Îòâåò íåâåðåí. 1.4.2.2. Îòâåò íåïðàâèëåí. 1.4.3.1. Îòâåò íåâåðåí. 1.4.3.2. Îòâåò íåâåðåí. 1.4.4.2. Îòâåò íåâåðåí. 1.4.5.1. Îòâåò ïðàâèëåí. 1.4.5.2. Îòâåò íåòî÷åí. 2.1.1.1. Îòâåò íåïðàâèëåí. 2.1.1.2. Îòâåò íåâåðåí. 2.1.2.1. Îòâåò ïðàâèëåí. 2.1.2.2. Îòâåò íåïðàâèëåí. Òîê I&1 ïîäñ÷èòàí íà îñíîâå íåâåðíîãî óðàâíåíèÿ I&1 = I& 0 + I& 2¢ . 2.1.3.1. Îòâåò âåðåí. 2.1.3.2. Îòâåò íåâåðåí. Äàíû âñå ñîïðîòèâëåíèÿ è òîê âòîðè÷íîé öåïè, ÷òî äîñòàòî÷íî äëÿ ðåøåíèÿ ïðèìåðà. 2.2.1. Îòâåò íåïðàâèëåí. 2.2.2. Îòâåò ïðàâèëåí. 3.2.1. Îòâåò ïðàâèëåí. 3.2.2. Îòâåò íåâåðåí. 3.2.3. Îòâåò íåïðàâèëåí. 3.4.1. Îòâåò âåðåí. 3.4.2. Îòâåò íåâåðåí. 3.4.3. Îòâåò íåâåðåí. 3.5.1. Îòâåò ïðàâèëåí. 3.5.3. Îòâåò âåðåí. 3.5.4. Îòâåò íåâåðåí. 3.6.1. Îòâåò íåâåðåí. 3.6.2. Îòâåò ïðàâèëåí. 4.1.1. Îòâåò íåâåðåí. 4.1.2. Îòâåò íåâåðåí. Îòâåòû ïî ïóíêòó «â» 1.4.1.1. Îòâåò ïðàâèëåí. 55 1.4.1.2. Îòâåò íåâåðåí. 1.4.2.1. Îòâåò ïðàâèëåí. 1.4.2.2. Îòâåò íåâåðåí. 1.4.3.1. Îòâåò ïðàâèëåí. 1.4.3.2. Îòâåò íåïðàâèëåí. 1.4.4.2. Îòâåò ïðàâèëåí. 1.4.5.1. Îòâåò íåâåðåí. 1.4.5.2. Îòâåò âåðåí. 2.1.1.1. Îòâåò ïðàâèëåí. 2.1.1.2. Îòâåò íåâåðåí. 2.2.1. Îòâåò âåðåí. 3.2.2. Îòâåò íåïðàâèëåí. 3.2.3. Îòâåò ïðàâèëåí. 3.4.1. Îòâåò íåâåðåí. 3.5.4. Îòâåò ïðàâèëåí. 4.1.1. Îòâåò âåðåí. 4.1.2. Îòâåò ïðàâèëåí. Ïîÿñíåíèÿ ê âîïðîñàì äëÿ ñàìîïðîâåðêè Âîïðîñ 1.2.1. Àëþìèíèé – íåôåððîìàãíèòíîå âåùåñòâî ñ íèçêîé ìàãíèòíîé ïðîíèöàåìîñòüþ, è ñîçäàòü â àëþìèíèåâîì ñåðäå÷íèêå ñèëîâîãî òðàíñôîðìàòîðà íóæíîå ìàãíèòíîå ïîëå ïðàêòè÷åñêè íåâîçìîæíî. Âîïðîñ 1.2.2. Ñìàçî÷íîå ìèíåðàëüíîå ìàñëî, îáëàäàÿ áîëåå âûñîêîé âÿçêîñòüþ è íèçêîé ýëåêòðè÷åñêîé ïðî÷íîñòüþ, íå îáåñïå÷èò íè äîëæíîãî îõëàæäåíèÿ òðàíñôîðìàòîðà, íè äîëæíîé ýëåêòðè÷åñêîé ïðî÷íîñòè èçîëÿöèè îáìîòîê. Âîïðîñ 1.3.1. Ïîñòîÿííûé òîê ñîçäàåò â ñåðäå÷íèêå ïîñòîÿííûé ìàãíèòíûé ïîòîê, êîòîðûé íå ìîæåò èíäóöèðîâàòü ÝÄÑ æ dF ö â îáìîòêàõ òðàíñôîðìàòîðà çç = 0÷÷÷. çè dt ÷ø Âîïðîñ 1.3.2. Ïóëüñèðóþùèé ïåðâè÷íûé òîê ñîçäàåò â ñåðäå÷íèêå òðàíñôîðìàòîðà ïóëüñèðóþùèé, ìåíÿþùèéñÿ âî âðåìåíè ïîòîê, êîòîðûé áóäåò èíäóöèðîâàòü ïóëüñèðóþùèå ÝÄÑ â îáìîòêàõ òðàíñôîðìàòîðà. 56 Âîïðîñ 1.3.3. Òðàíñôîðìàòîð îäèíàêîâî óñïåøíî ìîæåò ðàáîòàòü ïðè ïèòàíèè åãî ñ ëþáîé ñòîðîíû, ò. å. êàæäàÿ îáìîòêà ìîæåò áûòü è ïåðâè÷íîé, è âòîðè÷íîé. Òîëüêî âåëè÷èíà ïîäàâàåìîãî íà îáìîòêó íàïðÿæåíèÿ äîëæíà ñîîòâåòñòâîâàòü ÷èñëó âèòêîâ. Âîïðîñ 1.4.1.1. Ïîòîê îïåðåæàåò èíäóêòèðîâàííóþ èì ÝÄÑ p íà ÷åòâåðòü ïåðèîäà (íà óãîë ). 2 Âîïðîñ 1.4.1.2. Ïðè íåèçìåííîé E1 è óìåíüøåíèè ÷àñòîòû Ôì íå îñòàåòñÿ ïîñòîÿííûì, à óâåëè÷èâàåòñÿ ïðîïîðöèîíàëüíî ÷àñòîòå. Âîïðîñ 1.4.2.1. Óìåíüøåíèå w1 óìåíüøèò êîýôôèöèåíò òðàíñôîðìàöèè. Âòîðè÷íîå íàïðÿæåíèå ïîâûñèòñÿ. Âîïðîñ 1.4.2.2. Óìåíüøåíèå w2 óâåëè÷èò êîýôôèöèåíò òðàíñôîðìàöèè, è âòîðè÷íîå íàïðÿæåíèå ñíèçèòñÿ. Âîïðîñ 1.4.3.1. Ñ óìåíüøåíèåì ÷èñëà âèòêîâ ïåðâè÷íîé îáìîòêè ïðè U 1 = const è f = const óâåëè÷èâàåòñÿ ìàãíèòíûé ïîòîê (ñì. óðàâíåíèÿ (1.1) è (1.5.)), à ñëåäîâàòåëüíî, è ìàãíèòíàÿ èíäóêöèÿ. Âîïðîñ 1.4.3.2. Èçìåíåíèå ôàçíîãî ïåðâè÷íîãî íàïðÿæåíèÿ ïîâëå÷åò çà ñîáîþ è èçìåíåíèå Ô. Âîïðîñ 1.4.5.1. Ñ óâåëè÷åíèåì U1 óâåëè÷èâàåòñÿ Ô è ïîòåðè ìîùíîñòè â ñòàëè òðàíñôîðìàòîðà, ðàâíûå P0. Âîïðîñ 1.4.5.2. Òðàíñôîðìàòîðû ðàáîòàþò îáû÷íî ñ íàñûùåííîé ìàãíèòíîé öåïüþ, è óâåëè÷åíèå Ô (âñëåäñòâèå óâåëè÷åíèÿ U1) íå ïðîïîðöèîíàëüíî óâåëè÷åíèþ I0. Äëÿ ðåøåíèÿ âîïðîñà íåîáõîäèìà êðèâàÿ íàìàãíè÷èâàíèÿ òðàíñôîðìàòîðà. Âîïðîñ 2.1.1.1. Âòîðè÷íûé òîê îêàçûâàåò ðàçìàãíè÷èâàþùåå äåéñòâèå è ñ åãî óâåëè÷åíèåì Ô, à çíà÷èò è E1, íåçíà÷èòåëüíî óìåíüøàòñÿ. Âîïðîñ 2.1.1.2. Ïðè óìåíüøåíèè I2 ïîòîê íåçíà÷èòåëüíî óâåëè÷èòñÿ, ò. ê. óìåíüøèòñÿ ðàçìàãíè÷èâàþùåå äåéñòâèå âòîðè÷íîãî òîêà. Âîïðîñ 2.2.1. Ó ïîâûøàþùåãî òðàíñôîðìàòîðà k < 1 è I 2¢ > I 2 , à r2¢ < r2 . Âîïðîñ 2.3.1. Ñì. ðèñ. 4.10. Âîïðîñ 3.2.1. Èíäóêòèâíîå ñîïðîòèâëåíèå êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ xê (à çíà÷èò, è zê) çàâèñèò íå îò îñíîâíîãî ïîòîêà Ô, à îò ïî57 òîêîâ ðàññåÿíèÿ îáåèõ îáìîòîê, çàìûêàþùèõñÿ â îñíîâíîì â íåìàãíèòíîé ñðåäå. Âîïðîñ 3.2.3. Ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ â ïåðâè÷íîé îáìîòêå z 1 I 1í â îáîèõ ñëó÷àÿõ îäèíàêîâî, à ïåðâè÷íîå íàïðÿæåíèå âî E E âòîðîì ñëó÷àå U 1ê << U 1íîì . Ñëåäîâàòåëüíî, 1íîì > 1ê (ñðàâU 1íîì U 1ê íèòå âåêòîðíûå äèàãðàììû ðåæèìà íàãðóçêè è ðåæèìà êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ). Âîïðîñ 3.4.1. Ìàãíèòíîå ðàññåÿíèå îïðåäåëÿåò èíäóêòèâíûå ñîïðîòèâëåíèÿ îáìîòîê x1 è x2, à ñëåäîâàòåëüíî, è xê. Òðàíñôîðìàòîð ñ ìåíüøèì ðàññåÿíèåì áóäåò èìåòü ìåíüøåå xê è ìåíüøå ñíèæàòü âòîðè÷íîå íàïðÿæåíèå ïðè íàãðóçêå. Âîïðîñ 3.4.2. Ïðè íåèçìåííîì çíà÷åíèè òîêà íàãðóçêè âåëè÷èíà óãëà j 2 îïðåäåëèòñÿ èç ñëåäóþùåãî âûðàæåíèÿ: d(DU 2¢ ) dj 2 = I 1 (-rê sin j 2 + x ê cos j 2 ) = 0. Îòñþäà j 2 = arctg xê . rê Âîïðîñ 3.4.3. Åñëè rê cos j 2 + x ê sin j 2 = 0, òî ïðè ëþáîé âåëè÷èíå âòîðè÷íîãî òîêà DU 2 = 0 è U 2 = U 20 . Îòñþäà j 2 = -arctg rê , xê ò. å. ïðè àêòèâíî-åìêîñòíîé íàãðóçêå ñ óêàçàííûì çíà÷åíèåì j 2 âíåøíÿÿ õàðàêòåðèñòèêà áóäåò ïðÿìîé, ïàðàëëåëüíîé îñè àáñöèññ. Âîïðîñ 3.5.1. Óâåëè÷åíèå w2 ïðèâåäåò ê âîçðàñòàíèþ êîýôôèöèåíòà òðàíñôîðìàöèè è, ñëåäîâàòåëüíî, ê óìåíüøåíèþ U2. Âîïðîñ 3.5.2. Îáìîòêà âûñøåãî íàïðÿæåíèÿ èìååò çíà÷èòåëüíî áîëüøå âèòêîâ, è âûïîëíèòü îòïàéêè íà ±5 % îò íîìè58 íàëüíîãî ÷èñëà âèòêîâ ëåã÷å, ÷åì â îáìîòêå íèçøåãî íàïðÿæåíèÿ ñ íåáîëüøèì ÷èñëîì âèòêîâ. Êðîìå òîãî, òîê íà ñòîðîíå âûñøåãî íàïðÿæåíèÿ çíà÷èòåëüíî ìåíüøå, è ïåðåêëþ÷àòåëü ÷èñëà âèòêîâ áóäåò áîëåå ëåãêèì è êîìïàêòíûì, ÷åì íà ñòîðîíå íèçøåãî íàïðÿæåíèÿ. Âîïðîñ 3.5.3. Ïîñêîëüêó îäèíàêîâû P1ê è I1ê, òî áóäóò îäèíàêîâû è àêòèâíûå ñîïðîP òèâëåíèÿ rê = 2ê . I 1ê Âîïðîñ 3.5.4. Ïðè îäèíàêîâûõ U1ê è I1 îäèíàêîâû è zê, íî ïðè ðàçíûõ Pê áóäóò ðàçëè÷íûå rê. Ïðè îäèíàêîâûõ zê è ðàçëè÷íûõ rê áóäóò íåîäèíàêîâû xê. Âîïðîñ 3.6.1. ×åì íèæå cos j 2 , òåì ìåíüøå ÊÏÄ òðàíñôîðìàòîðà (ñì. ôîðìóëó (3.5)). Âîïðîñ 3.6.2. Ïðè P0 = Pê.íîì b îïò = Ðèñ. 4.11. Âåêòîðíàÿ äèàãðàììà òðàíñôîðìàòîðà, ðàáîòàþùåãî íà àêòèâíî-åìêîñòíóþ íàãðóçêó P0 = 1. Pê.íîì Âîïðîñ 3.4.1. Äëèíà ñðåäíåé ìàãíèòíîé ëèíèè äëÿ ïîòîêà Ô çíà÷èòåëüíî ìåíüøå, ÷åì äëÿ ôàç A è C. Çíà÷èò, áóäåò ìåíüHlñð . øå è I0, ðàâíûé » w Âîïðîñ 3.4.2. Ïðè ïåðåìåíå ìåñòàìè íà÷àë è êîíöîâ âòîðè÷íîé îáìîòêè íàïðàâëåíèÿ âåêòîðîâ ôàçíûõ è ëèíåéíûõ âòîðè÷íûõ ÝÄÑ èçìåíÿòñÿ íà îáðàòíûå, è ãðóïïà òðàíñôîðìàòîðà áóäåò óæå íå 12-é, à 6-é. 59 Âîïðîñ 4.3.1. Óìåíüøåíèå ÷èñëà âèòêîâ w1 âûçîâåò óìåíüøåíèå êîýôôèöèåíòà òðàíñôîðìàöèè è ïîâûøåíèå U2. Ìîùíîñòü, ïîòðåáëÿåìàÿ ñîïðîòèâëåíèåì âî âòîðè÷íîé öåïè, óâåëè÷èòñÿ. Âîïðîñ 4.3.2. Êîýôôèöèåíò òðàíñôîðìàöèè k= 0, 9 w1 w = 0, 82 1 1,1w 2 w2 óìåíüøèòñÿ íà 18 %, à âòîðè÷íîå íàïðÿæåíèå U2 óâåëè÷èòñÿ â 1/0,82 ðàçà, ò. å. íà 22 %. Ëåêöèÿ 5 ÏÅÐÅÕÎÄÍÛÅ ÏÐÎÖÅÑÑÛ 5.1. Ïåðåõîäíûå ïðîöåññû ïðè êîðîòêîì çàìûêàíèè ñåòè Ïðè âñÿêîì èçìåíåíèè ðåæèìà ðàáîòû òðàíñôîðìàòîðà ïðîèñõîäèò ïåðåõîä îò îäíîãî óñòàíîâèâøåãîñÿ ñîñòîÿíèÿ ê äðóãîìó. Îáû÷íî ýòîò ïåðåõîäíûé ïðîöåññ äëèòñÿ íåáîëüøîå âðåìÿ (äîëè ñåêóíäû), îäíàêî îí ìîæåò ñîïðîâîæäàòüñÿ âåñüìà îïàñíûìè äëÿ òðàíñôîðìàòîðà ÿâëåíèÿìè. Ðàññìîòðèì ïåðåõîäíûå ïðîöåññû ïðè êîðîòêîì çàìûêàíèè òðàíñôîðìàòîðà è ïîäêëþ÷åíèè åãî ê ñåòè. Êîðîòêîå çàìûêàíèå íà çàæèìàõ âòîðè÷íîé îáìîòêè. Àâàðèéíûé ðåæèì êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ âîçíèêàåò ïðè ïîâðåæäåíèè ýëåêòðè÷åñêîé ñåòè, íåèñïðàâíîñòÿõ àïïàðàòîâ è äðóãèõ óñòðîéñòâ âî âòîðè÷íîé öåïè è ò. ä. Áîëüøèå òîêè, âîçíèêàþùèå â òðàíñôîðìàòîðå ïðè êîðîòêîì çàìûêàíèè, ìîãóò âûçâàòü ìåõàíè÷åñêîå ïîâðåæäåíèå îáìîòêè èëè ðåçêîå ïîâûøåíèå åå òåìïåðàòóðû, ÷òî óãðîæàåò öåëîñòíîñòè èçîëÿöèè. Âåëè÷èíó òîêà ïðè êîðîòêîì çàìûêàíèè ìîæíî íàéòè ïî óïðî- Ðèñ. 5.1. Ñõåìà çàìåùåíèÿ òðàíñôîðùåííîé ñõåìå çàìåùåíèÿ òðàíñ- ìàòîðà è êðèâûå èçìåíåíèÿ òîêà è íàïðÿæåíèÿ ïðè êîðîòêîì çàìûêàíèè ôîðìàòîðà (ðèñ. 5.1, á). Ñ÷èòàÿ, 61 ÷òî íàïðÿæåíèå ñåòè íå çàâèñèò îò òîêà òðàíñôîðìàòîðà, ïîëó÷èì äëÿ óêàçàííîé ñõåìû óðàâíåíèå Lê di ê + R ê i ê = U 1m sin(wt + a 0 ), dt ãäå U 1m (5.1) Lê — ðåçóëüòèðóþùàÿ èíäóêòèâíîñòü îáìîòîê òðàíñôîðìàòîðà ïðè êîðîòêîì çàìûêàíèè; sin(wt + a 0 ) — íàïðÿæåíèå íà çàæèìàõ ïåðâè÷íîé îá- ìîòêè â ìîìåíò êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ. Òîê êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ iê ìîæíî ïðåäñòàâèòü â âèäå ñóììû äâóõ òîêîâ: óñòàíîâèâøåãîñÿ òîêà êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ ióñò è ñâîáîäíîãî òîêà iñâ; i óñò = U 1m sin(wt + a 0 - j ê ) = 2 I ê.óñò sin(wt + a 0 - j ê ), zê ãäå j ê = arctg xê . rê Çíà÷åíèå ñâîáîäíîãî òîêà iñâ îïðåäåëèì èç óðàâíåíèÿ Lê di ñâ + rê i ñâ = 0, dt îòêóäà i ñâ = Ce - rê t Lê . (5.2) Ïîñòîÿííóþ èíòåãðèðîâàíèÿ íàéäåì èç óñëîâèÿ, ÷òî ïðè t = 0 òîê i ê = i óñò + i ñâ = 2 I ê. óñò sin(a 0 - j ê ) + C = 0, îòêóäà C = - 2 I ê. óñò sin(a 0 - j k ). Ñëåäîâàòåëüíî, òîê êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ îïðåäåëÿåòñÿ âûðàæåíèåì r é - ê tù i ê = 2 I ê. óñò êêsin(wt + a 0 - j ê ) - sin(a 0 - j ê )e xê úú. (5.3) êë úû 62 Èç óðàâíåíèÿ (5.3) âèäíî, ÷òî ïðè a 0 = j ê ñâîáîäíûé òîê íå âîçíèêàåò, è òîê êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ â íà÷àëüíûé ìîìåíò ïðèîáðåòàåò óñòàíîâèâøååñÿ çíà÷åíèå. Íàèáîëüøèì ñâîáîäíûé òîê p áóäåò ïðè a 0 = + j ê . Ýòîò ðåæèì ÿâëÿåòñÿ íàèáîëåå îïàñíûì 2 äëÿ òðàíñôîðìàòîðà (ðèñ. 5.1, à). p p Ïîäñòàâèâ â (5.3) çíà÷åíèå a 0 = + j ê è t = , ïîëó÷èì 2 w r æç - ê pö ÷ I ê. ìàêñ = - 2 I ê. óñò çç1 + e xê ÷÷÷. ççè ÷÷ø (5.4) Âåëè÷èíó Iê.ìàêñ íàçûâàþò óäàðíûì òîêîì êîðîòêîãî çàìûêàI íèÿ. Îòíîøåíèå k óä = ê. ìàêñ íàçûâàþò óäàðíûì êîýôôèöèåí2 I ê. óñò 1 r òîì.  ìîùíûõ òðàíñôîðìàòîðàõ îòíîøåíèå ê » , 10 –15 xê âñëåäñòâèå ÷åãî k óä = 1,2–1,3. Ïðè ïèòàíèè òðàíñôîðìàòîðà îò èñòî÷íèêà ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè Iê.óñò áåñêîíå÷íî áîëüøîé ìîùíîñòè ñ íàïðÿæåíèåì U1íîì ìîæíî âûðàçèòü ÷åðåç íîìèíàëüíûé òîê òðàíñôîðìàòîðà: I ê. óñò = U 1íîì 100 = I íîì , zê Uê % (5.5) U ê %U 1íîì . 100 I 1íîì Ïðè ðåàëüíûõ óñëîâèÿõ ðàáîòû òðàíñôîðìàòîðîâ, ò. å. ïðè ïèòàíèè îò èñòî÷íèêà îãðàíè÷åííîé ìîùíîñòè, òîê Iê.óñò âû÷èñëÿþò ïî ôîðìóëå, ó÷èòûâàþùåé ðåàêòèâíîå ñîïðîòèâëåíèå ñåòè: ãäå z ê = I ê. óñò = 100 I íîì , æç 100S íîì ö÷ ÷ u ê % ç1 + çè u ê % S ê ÷÷ø (5.6) ãäå Síîì — íîìèíàëüíàÿ ìîùíîñòü òðàíñôîðìàòîðà; Sê — ìîùíîñòü êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ ýëåêòðè÷åñêîé ñåòè. 63  ñèëîâûõ òðàíñôîðìàòîðàõ ñðåäíåé è áîëüøîé ìîùíîñòè íàïðÿæåíèå uê % îáû÷íî ñîñòàâëÿåò 5–15 %, ïîýòîìó óñòàíîâèâøèéñÿ òîê êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ â 6–20 ðàç áîëüøå íîìèíàëüíîãî òîêà. Ñîãëàñíî ÃÎÑÒó ñèëîâûå òðàíñôîðìàòîðû äîëæíû âûäåðæèâàòü áåç ïîâðåæäåíèÿ òîê I ê. óñò = 25I íîì .  àâòîòðàíñôîðìàòîðàõ ñîïðîòèâëåíèå êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ zê è íàïðÿæåíèå uê % ìåíüøå, ÷åì â äâóõîáìîòî÷íûõ òðàíñôîðìàòîðàõ òîé æå íîìèíàëüíîé ìîùíîñòè, âñëåäñòâèå ÷åãî óñòàíîâèâøèéñÿ è óäàðíûé òîêè êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ â àâòîòðàíñôîðìàòîðàõ îáû÷íî áîëüøå. Ïðè êîðîòêèõ çàìûêàíèÿõ îáìîòêè òðàíñôîðìàòîðîâ ñèëüíî íàãðåâàþòñÿ, è íà íèõ äåéñòâóþò çíà÷èòåëüíûå ýëåêòðîìàãíèòíûå ñèëû. Ýëåêòðîìàãíèòíûå ñèëû ñîçäàþòñÿ â òðàíñôîðìàòîðàõ â ðåçóëüòàòå âçàèìîäåéñòâèÿ òîêà â îáìîòêå ñ ìàãíèòíûì ïîëåì ðàññåÿíèÿ. Ïðè âçàèìîäåéñòâèè ýòèõ ïîëåé ñ òîêîì îáìîòêè âîçíèêàþò ýëåêòðîìàãíèòíûå ñèëû: ðàäèàëüíûå Fq, ñòðåìÿùèåñÿ ñæàòü âíóòðåííþþ îáìîòêó è ðàñòÿíóòü âíåøíþþ, è àêñèàëüíûå Fd, ñòðåìÿùèåñÿ ñæàòü îáìîòêó â ïðîäîëüíîì íàïðàâëåíèè.  ìîùíûõ òðàíñôîðìàòîðàõ ìåõàíè÷åñêèå óñèëèÿ, äåéñòâóþùèå íà îáìîòêè, ïðè êîðîòêèõ çàìûêàíèÿõ âåñüìà âåëèêè, è ïîýòîìó òðåáóåòñÿ ïðèíèìàòü ñïåöèàëüíûå ìåðû, îáåñïå÷èâàþùèå ìåõàíè÷åñêóþ ïðî÷íîñòü îáìîòîê. 5.2. Âêëþ÷åíèå íåíàãðóæåííîãî òðàíñôîðìàòîðà â ñåòü Èñõîäÿ èç ñõåìû çàìåùåíèÿ òðàíñôîðìàòîðà ïðè õîëîñòîì õîäå (ðèñ. 5.3) ìîæíî íàïèñàòü óðàâíåíèå L0 di 0 + R 0 i 0 = U 1m sin(wt + a 0 ) dt (5.7)  ñâÿçè ñ òåì, ÷òî L0 ÿâëÿåòñÿ ïåðåìåííîé âåëè÷èíîé, â óðàâíåíèè (5.7) íåîáõîäèìî ââåñòè ïåðåìåííóþ Ô, êîòîðàÿ îïðåäåëÿåòñÿ èç óðàâíåíèÿ L0 i 0 = w1F. C ó÷åòîì ýòîãî óðàâíåíèå (5.7) çàïèøåòñÿ w1 dF r (5.8) + w1 0 F = U 1m sin(wt + a 0 ). dt L0 64 Ïî àíàëîãèè ñ óðàâíåíèåì (5.1) ìîæíî íàïèñàòü F = F óñò + F ñâ = F m sin(wt + a 0 - j 0 ) + Ce - r0 t L0 . (5.9) p Òàê êàê wL0 >> r0 , òî j 0 » , è, ñëåäîâàòåëüíî, 2 F = -F m cos(wt + a 0 ) + Ce - r0 t L0 . (5.10) Ïîñòîÿííóþ èíòåãðèðîâàíèÿ íàéäåì èç íà÷àëüíûõ óñëîâèé: ïðè t = 0 ïîòîê F = ±F îñò , ãäå F îñò — îñòàòî÷íûé ìàãíèòíûé ïîòîê, äîñòèãàþùèé èíîãäà â òðàíñôîðìàòîðå âåëè÷èíû 0,5Ôm. Òîãäà ïîñòîÿííàÿ èíòåãðèðîâàíèÿ C = ±F m cos a 0 ± F îñò , à âûðàæåíèå (5.10) ïðèíèìàåò âèä F = -F m cos(wt + a 0 ) + (F m cos a 0 ± F îñò )e - r0 t L0 . (5.11) Íàèáîëåå áëàãîïðèÿòíûå óñëîâèÿ âêëþ÷åíèÿ áóäóò ïðè p a 0 = è F îñò = 0.  ýòîì ñëó÷àå 2 F = F m sin wt. (5.12) Íàèáîëåå íåáëàãîïðèÿòíûì áóäåò âêëþ÷åíèå òðàíñôîðìàòîðà ïðè a 0 = 0 è ïðîòèâîïîëîæíîì ïî çàêîíó ïîòîêå Ôîñò. Òîãäà F = -F m cos(wt) + (F m + F îñò )e - r0 t L0 .(5.13)  ýòîì ñëó÷àå ÷åðåç ïîëïåðèîäà ïîñëå âêëþ÷åíèÿ ïîòîê äîñòèãàåò ìàêñèìóìà (ðèñ. 5.3, á) F ìàêñ » 2F m + F îñò » ( 2-2,5 )F m . Äâóêðàòíîé àìïëèòóäå ïîòîêà ñîîòâåòñòâóåò íàìàãíè÷èâàþùèé òîê I mìàêñ , â äåñÿòêè è ñîòíè ðàç (ðèñ. 5.3, â) ïðåâûøàþùèé Ðèñ. 5.2. Ñõåìà ýëåêòðîìàãíèòíûõ ñèë òðàíñôîðìàòîðà ïðè êîðîòêîì çàìûêàíèè 65 àìïëèòóäó óñòàíîâèâøåãîñÿ òîêà õîëîñòîãî õîäà, ÷òî îáúÿñíÿåòñÿ íàñûùåíèåì ñòàëè. ÂÎÏÐÎÑÛ 5.2.1. Êàêîâû ïðè÷èíû âîçíèêíîâåíèÿ ñâåðõòîêà õîëîñòîãî õîäà? 5.2.2. Êàê âëèÿåò ñîñòîÿíèå ìàãíèòíîãî íàñûùåíèÿ ìàãíèòîïðîâîäà íà ñèëó òîêà âêëþ÷åíèÿ òðàíñôîðìàòîðà? 5.2.3. Êàêîâû íàèáîëåå íåáëàãîïðèÿòíûå óñëîâèÿ âíåçàïíîãî êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ òðàíñôîðìàòîðà? 5.2.4. Êàêîâà ïðîäîëæèòåëüíîñòü ïåðåõîäíîãî ïðîöåññà ïðè âíåçàïíîì êîðîòêîì çàìûêàíèè òðàíñôîðìàòîðà? Ðèñ. 5.3. Ñõåìà çàìåùåíèÿ è êðèâûå èçìåíåíèÿ ïîòîêà è íàìàãíè÷èâàþùåãî òîêà ïðè âêëþ÷åíèè íåíàãðóæåííîãî òðàíñôîðìàòîðà â ñåòü 5.3. Èçìåðèòåëüíûå òðàíñôîðìàòîðû Èçìåðèòåëüíûå òðàíñôîðìàòîðû èñïîëüçóþò ãëàâíûì îáðàçîì äëÿ ïîäêëþ÷åíèÿ ýëåêòðîèçìåðèòåëüíûõ ïðèáîðîâ â öåïè ïåðåìåííîãî íàïðÿæåíèÿ. Èçìåðèòåëüíûå òðàíñôîðìàòîðû ïîäðàçäåëÿþò íà äâà òèïà: òðàíñôîðìàòîðû íàïðÿæåíèÿ è òðàíñôîðìàòîðû òîêà. Ïåðâûå ñëóæàò äëÿ âêëþ÷åíèÿ âîëüòìåòðîâ, à òàêæå äðóãèõ ïðèáîðîâ, (íàïðèìåð, êàòóøåê íàïðÿæåíèÿ âàòòìåòðîâ, ñ÷åò÷èêîâ, ôàçîìåòðîâ è ðàçëè÷íûõ ðåëå). Âòîðûå ñëóæàò äëÿ âêëþ÷åíèÿ àìïåðìåòðîâ è òîêîâûõ êàòóøåê óêàçàííûõ ïðèáîðîâ. Èçìåðèòåëüíûå òðàíñôîðìàòîðû ðàññ÷èòàíû äëÿ ñîâìåñòíîé ðàáîòû ñî ñòàíäàðòíûìè ïðèáîðàìè (àìïåðìåòðàìè íà 1; 2; 2,5 è 5 À, âîëüòìåòðàìè íà 100 Â). Òðàíñôîðìàòîð íàïðÿæåíèÿ. Åãî âûïîëíÿþò â âèäå äâóõîáìîòî÷íîãî ïîíèæàþùåãî òðàíñôîðìàòîðà (ðèñ. 5.4, a) 66 w1 . Äëÿ îáåñïå÷åíèÿ áåçîïàñíîñòè ðàáîòû îáñëóæèâàþw2 ùåãî ïåðñîíàëà âòîðè÷íóþ îáìîòêó òùàòåëüíî èçîëèðóþò îò ïåðâè÷íîé è çàçåìëÿþò. Óñëîâíî òðàíñôîðìàòîð íàïðÿæåíèÿ îáîçíà÷àþò òàê æå, êàê è äâóõîáìîòî÷íûé òðàíñôîðìàòîð. Ñîïðîòèâëåíèÿ îáìîòîê âîëüòìåòðîâ è äðóãèõ ïðèáîðîâ, ïîäêëþ÷àåìûõ ê òðàíñôîðìàòîðó íàïðÿæåíèÿ, âåëèêè, ïîýòîìó îí ïðàêòè÷åñêè ðàáîòàåò â ðåæèìå õîëîñòîãî õîäà. Ïðè ýòîì ìîæíî ñ äîñòàòî÷íîé ñòåïåíüþ òî÷íîñòè ñ÷èòàòü, ÷òî ñk= U 1 = U 2¢ = U 2 k . (5.14)  äåéñòâèòåëüíîñòè òîê õîëîñòîãî õîäà I0 ñîçäàåò â òðàíñôîðìàòîðå ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ, ïîýòîìó, êàê âèäíî èç âåêòîðíîé äèàãðàììû (ðèñ. 5.4, á), U 2¢ ¹ U 1 è ìåæäó âåêòîðàìè ýòèõ íàïðÿæåíèé èìååòñÿ íåêîòîðûé ñäâèã ïî ôàçå d u .  ðåçóëüòàòå ïðè èçìåðåíèÿõ îáðàçóþòñÿ íåêîòîðûå ïîãðåøíîñòè. Ðèñ. 5.4. Òðàíñôîðìàòîð íàïðÿæåíèÿ: à — ñõåìà âêëþ÷åíèÿ; á — âåêòîðíàÿ äèàãðàììà  òðàíñôîðìàòîðàõ íàïðÿæåíèÿ ðàçëè÷àþò äâà âèäà ïîãðåøíîñòåé: 67 à) îòíîñèòåëüíàÿ ïîãðåøíîñòü íàïðÿæåíèÿ, %: ½U k - U 1 ½½ DU % = ½ 2 100; ½ U1 ½ (5.15) á) óãëîâàÿ ïîãðåøíîñòü d U ; çà âåëè÷èíó åå ïðèíèìàþò óãîë ìåæäó âåêòîðàìè U& 1 è U& 2¢ . Óãëîâàÿ ïîãðåøíîñòü ñ÷èòàåòñÿ ïîëîæèòåëüíîé, åñëè âåêòîð U& 2¢ îïåðåæàåò âåêòîð U& 1 .  çàâèñèìîñòè îò âåëè÷èíû äîïóñêàåìûõ ïîãðåøíîñòåé ñòàöèîíàðíûå òðàíñôîðìàòîðû íàïðÿæåíèÿ ïîäðàçäåëÿþò íà òðè êëàññà òî÷íîñòè: 0,5; 1 è 3, à ëàáîðàòîðíûå — íà ÷åòûðå êëàññà òî÷íîñòè: 0,05; 0,1; 0,2 è 0,5. Îáîçíà÷åíèå êëàññà ñîîòâåòñòâóåò âåëè÷èíå îòíîñèòåëüíîé ïîãðåøíîñòè DU % ïðè íîìèíàëüíîì íàïðÿæåíèè. Óãëîâàÿ ïîãðåøíîñòü ýòèõ òðàíñôîðìàòîðîâ ñîñòàâëÿåò 20–40 óãë. ìèí. Äëÿ óìåíüøåíèÿ ïîãðåøíîñòåé DU % è d U ñîïðîòèâëåíèÿ îáìîòîê òðàíñôîðìàòîðà z1 è z2 äåëàþò ïî âîçìîæíîñòè ìàëûìè, à ìàãíèòîïðîâîä âûïîëíÿþò èç âûñîêîêà÷åñòâåííîé ñòàëè äîñòàòî÷íî áîëüøîãî ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ, ÷òîáû â ðàáî÷åì ðåæèìå îí íå áûë íàñûùåí ( » 0,6–0,8 Òë), ÷òî ïðèâîäèò ê óìåíüøåíèþ òîêà õîëîñòîãî õîäà. Òðàíñôîðìàòîð òîêà âûïîëíÿþò â âèäå äâóõîáìîòî÷íîãî w ïîâûøàþùåãî òðàíñôîðìàòîðà (ðèñ. 5.5, à, á) ñ k = 2 èëè â âèw1 äå ïðîõîäíîãî òðàíñôîðìàòîðà, ó êîòîðîãî ïåðâè÷íîé îáìîòêîé ñëóæèò ïðoâîä, ïðîõîäÿùèé ÷åðåç îêíî ìàãíèòîïðîâîäà (w1 = 1; k = w 2 ). Ñîïðîòèâëåíèÿ îáìîòîê àìïåðìåòðîâ è âàòòìåòðîâ ñðàâíèòåëüíî ìàëû. Ïîñêîëüêó òðàíñôîðìàòîð òîêà ïðàêòè÷åñêè ðàáîòàåò â ðåæèìå êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ, â êîòîðîì òîêè I1 è I2 âî ìíîãî ðàç áîëüøå òîêà I0, ìîæíî ñ÷èòàòü, ÷òî I 1 = I 2¢ - I 2 k . Íî èç-çà íàëè÷èÿ íàìàãíè÷èâàþùåãî òîêà I m I 1 ¹ I 2 è ìåæäó âåêòîðàìè ýòèõ òîêîâ èìååòñÿ íåêîòîðûé óãîë d i ¹ 180° (ðèñ. 5.5, â).  ðåçóëüòàòå îáðàçóåòñÿ òîêîâàÿ ïîãðåøíîñòü (%) Di % = 68 I 2k - I1 100 I1 Ðèñ. 5.5. Èçìåðèòåëüíûé òðàíñôîðìàòîð òîêà: à — ñõåìà âêëþ÷åíèÿ; á — îáùèé âèä ïðîõîäíîãî òðàíñôîðìàòîðà: 1 — ìåäíûé ñòåðæåíü (ïåðâè÷íàÿ îáìîòêà), 2 — âòîðè÷íàÿ îáìîòêà, 3 — ìàãíèòîïðîâîä; â — âåêòîðíàÿ äèàãðàììà è óãëîâàÿ ïîãðåøíîñòü, èçìåðÿåìàÿ óãëîì d i ìåæäó âåêòîðàìè I&1 è -I& 2 . Ïîãðåøíîñòü d i ñ÷èòàåòñÿ ïîëîæèòåëüíîé, åñëè âåêòîð -I& 2 îïåðåæàåò âåêòîð I&1 .  çàâèñèìîñòè îò âåëè÷èíû äîïóñêàåìûõ ïîãðåøíîñòåé òðàíñôîðìàòîðû òîêà ïîäðàçäåëÿþò íà ïÿòü êëàññîâ òî÷íîñòè: 0,2; 0,5; 1; 3 è 10. Òîêîâóþ è óãëîâóþ ïîãðåøíîñòè óìåíüøàþò òåìè æå ñïîñîáàìè, ÷òî è â òðàíñôîðìàòîðå íàïðÿæåíèÿ. Ðàçìûêàòü âòîðè÷íóþ îáìîòêó òðàíñôîðìàòîðà òîêà íåäîïóñòèìî.  ýòîì ñëó÷àå òðàíñôîðìàòîð ïåðåõîäèò â ðåæèì õîëîñòîãî õîäà è åãî ðåçóëüòèðóþùàÿ ÌÄÑ, â ðàáî÷åì ðåæèìå ðàâíàÿ F&ðåç = F&1 + F&2 , ñòàíîâèòñÿ F&ðåç = F&1 (ñì. ðèñ. 5.5, â).  ðåçóëüòàòå ðåçêî âîçðàñòàåò ìàãíèòíûé ïîòîê â ìàãíèòîïðîâîäå, à èíäóêöèÿ â íåì äîñòèãàåò çíà÷åíèÿ B > 2 Òë, ÷òî ïðèâîäèò ê ñèëüíîìó âîçðàñòàíèþ ìàãíèòíûõ ïîòåðü â ñòàëè; â ðåçóëüòàòå òðàíñôîðìàòîð ìîæåò ñãîðåòü. Åùå áîëüøóþ îïàñíîñòü ïðåäñòàâëÿåò ðåçêîå ïîâûøåíèå íàïðÿæåíèÿ íà çàæèìàõ âòîðè÷íîé îáìîòêè äî íåñêîëüêèõ ñîò è äàæå òûñÿ÷ âîëüò. ×òîáû èçáåæàòü ðåæèìà õîëîñòîãî õîäà, ïðè îòêëþ÷åíèè ïðèáîðîâ 69 ñëåäóåò çàìûêàòü âòîðè÷íóþ îáìîòêó òðàíñôîðìàòîðà òîêà íàêîðîòêî. ÂÎÏÐÎÑÛ 5.3.1. Êàêèå ìåðû ïðèíèìàþò, ÷òîáû óìåíüøèòü îòíîñèòåëüíóþ (DU % , Di % ) è óãëîâóþ (d u , d i ) ïîãðåøíîñòè â èçìåðèòåëüíûõ òðàíñôîðìàòîðàõ íàïðÿæåíèÿ è òîêà? ÐÀÇÄÅË II ÀÑÈÍÕÐÎÍÍÛÅ ÌÀØÈÍÛ Ëåêöèÿ 6 ÏÐÈÍÖÈÏ ÄÅÉÑÒÂÈß ÀÑÈÍÕÐÎÍÍÎÃÎ ÄÂÈÃÀÒÅËß 6.1. Óñòðîéñòâî àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ Àñèíõðîííàÿ ìàøèíà, èñïîëüçóåìàÿ â êà÷åñòâå äâèãàòåëÿ, ÿâëÿåòñÿ íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåííûì òèïîì ýëåêòðè÷åñêîé ìàøèíû. Ïîäàâëÿþùåå áîëüøèíñòâî ýëåêòðîäâèãàòåëåé, ðàáîòàþùèõ â ïðîìûøëåííîñòè — àñèíõðîííûå äâèãàòåëè. Ýòî îáúÿñíÿåòñÿ èõ ïðîñòîòîé, íàäåæíîñòüþ è äåøåâèçíîé ïî ñðàâíåíèþ ñ äðóãèìè òèïàìè ýëåêòðîäâèãàòåëåé. Àñèíõðîííûé äâèãàòåëü ñîñòîèò èç äâóõ îñíîâíûõ ÷àñòåé: íåïîäâèæíîãî ñòàòîðà è âðàùàþùåãîñÿ ðîòîðà (ðèñ. 6.1). Ñåðäå÷íèê ñòàòîðà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîþ ñòàëüíîé ïîëûé âíóòðè öèëèíäð, íàáðàííûé èç òîíêèõ ëèñòîâ ýëåêòðîòåõíè÷åñêîé ñòàëè, èçîëèðîâàííûõ äðóã îò äðóãà. Ýòîò öèëèíäð ïîìåùåí â êîðïóñ (ñòàíèíó) äâèãàòåëÿ. Íà âíóòðåííåé ïîâåðõíîñòè ñòàòîðà èìåþòñÿ ïàçû, â êîòîðûå çàêëàäûâàþòñÿ êàòóøêè ñòàòîðíîé òðåõôàçíîé îáìîòêè. Ñåðäå÷íèê ðîòîðà ÿâëÿåòñÿ òàêæå öèëèíäðîì, íàáðàííûì èç ëèñòîâîé ýëåêòðîòåõíè÷åñêîé ñòàëè ñ ïàçàìè íà íàðóæíîé ïîâåðõíîñòè. Ýòîò öèëèíäð íàñàæèâàåòñÿ íà âàë ðîòîðà. Âàë âðàùàåòñÿ â øàðèêîâûõ èëè ðîëèêîâûõ ïîäøèïíèêàõ, âìîíòèðîâàííûõ â ïîäøèïíèêîâûå ùèòû. Ùèòû êðåïÿòñÿ ê ñòàíèíå äâèãàòåëÿ íà áîëòû.  ïàçû ðîòîðà ïîìåùàåòñÿ ðîòîðíàÿ îáìîòêà.  çàâèñèìîñòè îò êîíñòðóêöèè ðîòîðíîé îáìîòêè ðàçëè÷àþò äâà òèïà àñèíõðîííûõ äâèãàòåëåé: äâèãàòåëü ñ êîðîòêîçàìêíóòûì ðîòîðîì 73 Ðèñ. 6.1. Îáùèé âèä àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ è äâèãàòåëü ñ ôàçíûì ðîòîðîì. Îáìîòêà êîðîòêîçàìêíóòîãî ðîòîðà (ñì. ðèñ. 6.1) ïðåäñòàâëÿåò ñîáîþ ðÿä ñòåðæíåé, çàëîæåííûõ â ïàçû ðîòîðà è ñîåäèíåííûõ ñ îáîèõ òîðöîâ íàêîðîòêî ñïåöèàëüíûìè êîëüöàìè. Îáìîòêà ôàçíîãî ðîòîðà âûïîëíÿåòñÿ, ïîäîáíî ñòàòîðíîé îáìîòêå, èç îòäåëüíûõ êàòóøåê. Êîíöû îáìîòêè â ýòîì ñëó÷àå âûâîäÿòñÿ íà êîíòàêòíûå êîëüöà, íàñàæåííûå íà âàë ðîòîðà. Íà êîëüöà íàêëàäûâàþòñÿ íåïîäâèæíûå ùåòêè, è òàêèì îáðàçîì ñîçäàåòñÿ âîçìîæíîñòü âêëþ÷åíèÿ â öåïü ðîòîðíîé îáìîòêè â ñëó÷àå íåîáõîäèìîñòè äîáàâî÷íûõ ñîïðîòèâëåíèé. Äâèãàòåëü ñ ôàçíûì ðîòîðîì, ïî ñðàâíåíèþ ñ êîðîòêîçàìêíóòûì, èìååò áîëåå âûñîêóþ ñòîèìîñòü è ìåíüøóþ íàäåæíîñòü. Ïîýòîìó áîëåå ðàñïðîñòðàíåí äâèãàòåëü ñ êîðîòêîçàìêíóòûì ðîòîðîì. ÂÎÏÐÎÑÛ 6.1.1. Êàêèì ñâîéñòâîì îòëè÷àåòñÿ ýëåêòðîòåõíè÷åñêàÿ ñòàëü îò îáû÷íîé ëèñòîâîé ñòàëè? 6.1.2. Ïî÷åìó ñåðäå÷íèêè ñòàòîðà è ðîòîðà âûïîëíÿþòñÿ èç îòäåëüíûõ, èçîëèðîâàííûõ äðóã îò äðóãà ñòàëüíûõ ëèñòîâ? à) äëÿ óäîáñòâà èçãîòîâëåíèÿ; á) äëÿ óìåíüøåíèÿ âèõðåâûõ òîêîâ. 74 6.2. Ïðèíöèï äåéñòâèÿ àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ  îñíîâå äåéñòâèÿ àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ ëåæèò âçàèìîäåéñòâèå âðàùàþùåãîñÿ ìàãíèòíîãî ïîëÿ, ñîçäàâàåìîãî îáìîòêîé ñòàòîðà, ñ òîêàìè ðîòîðà. Âî âêëþ÷åííîé ïîä íàïðÿæåíèå ñòàòîðíîé òðåõôàçíîé îáìîòêå ïðîòåêàåò òîê. Òðåõôàçíûé òîê ñòàòîðà ñîçäàåò â äâèãàòåëå âðàùàþùååñÿ ìàãíèòíîå ïîëå. Ýòî ïîëå, ïåðåñåêàÿ ïðè ñâîåì âðàùåíèè ïðîâîäíèêè ðîòîðíîé îáìîòêè, èíäóêòèðóåò â íèõ ýëåêòðîäâèæóùóþ ñèëó. ÝÄÑ ðîòîðà âûçûâàåò òîê â ðîòîðíîé îáìîòêå. Ïî çàêîíó ýëåêòðîìàãíèòíûõ ñèë ñî ñòîðîíû ìàãíèòíîãî ïîëÿ íà ðîòîðíûå ïðîâîäíèêè ñ òîêîì äåéñòâóþò ìåõàíè÷åñêèå ñèëû, êîòîðûå è ñîçäàþò âðàùàþùèé ìîìåíò, íàïðàâëåííûé â ñòîðîíó âðàùåíèÿ ïîëÿ. Ïîä äåéñòâèåì ýòîãî ìîìåíòà ðîòîð ïðèõîäèò âî âðàùåíèå. Íåîáõîäèìî îñîáî îòìåòèòü, ÷òî ñêîðîñòü âðàùåíèÿ ðîòîðà â äâèãàòåëüíîì ðåæèìå âñåãäà áóäåò ìåíüøå ñêîðîñòè âðàùåíèÿ ìàãíèòíîãî ïîëÿ (îòñþäà è íàçâàíèå äâèãàòåëÿ — «àñèíõðîííûé», ò. å. âðàùàþùèéñÿ íå ñèíõðîííî ñ ìàãíèòíûì ïîëåì). ÂÎÏÐÎÑÛ 6.2.1. Ïî÷åìó ðîòîð àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ â äâèãàòåëüíîì ðåæèìå âðàùàåòñÿ â ñòîðîíó âðàùåíèÿ ìàãíèòíîãî ïîëÿ? 6.2.2. Ïî÷åìó ðîòîð àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ íå ìîæåò âðàùàòüñÿ ñî ñêîðîñòüþ ìàãíèòíîãî ïîëÿ? 6.3. Ñêîëüæåíèå Îòñòàâàíèå ñêîðîñòè ðîòîðà îò ñêîðîñòè ìàãíèòíîãî ïîëÿ îöåíèâàåòñÿ îñîáîé âåëè÷èíîé, êîòîðàÿ íàçûâàåòñÿ ñêîëüæåíèåì è îáîçíà÷àåòñÿ áóêâîé s. Ñêîëüæåíèå — ýòî áåçðàçìåðíàÿ âåëè÷èíà s= n0 - n , n0 (6.1) ãäå n0 è n — ÷èñëà îáîðîòîâ â ìèíóòó ìàãíèòíîãî ïîëÿ è ðîòîðà ñîîòâåòñòâåííî. 75 ×èñëîâûå çíà÷åíèÿ ñêîëüæåíèÿ àñèíõðîííûõ äâèãàòåëåé â íîìèíàëüíîì ðåæèìå î÷åíü íåâåëèêè è îáû÷íî ñîñòàâëÿþò 0,01–0,05. Òåîðåòè÷åñêè ñêîëüæåíèå äâèãàòåëÿ ìîæåò èçìåíÿòüñÿ îò +¥ äî -¥.  äâèãàòåëüíîì ðåæèìå ñêîëüæåíèå èçìåíÿåòñÿ â ïðåäåëàõ îò 0 äî 1. Îòðèöàòåëüíûå ñêîëüæåíèÿ îïðåäåëÿþò ãåíåðàòîðíûé ðåæèì, ñêîëüæåíèÿ > +1 — ðåæèì ïðîòèâîâêëþ÷åíèÿ (ñì. íèæå). ÂÎÏÐÎÑÛ 6.3.1. ×åìó ðàâíî ñêîëüæåíèå ïðè íåïîäâèæíîì ðîòîðå? à) íóëþ; á) åäèíèöå; â) ìèíóñ åäèíèöå. 6.3.2. Ïðè êàêèõ óñëîâèÿõ ñêîëüæåíèå áóäåò áîëüøå +1, 0? à) êîãäà ðîòîð âðàùàåòñÿ ïðèíóäèòåëüíî íàâñòðå÷ó âðàùåíèþ ìàãíèòíîãî ïîëÿ; á) êîãäà ðîòîð âðàùàåòñÿ â ñòîðîíó âðàùåíèÿ ïîëÿ ñî ñêîðîñòüþ, áîëüøåé ñêîðîñòè ïîëÿ. 6.3.3. ×åìó ðàâíà ñêîðîñòü ðîòîðà äâèãàòåëÿ, åñëè s = 0, 03, a n 0 = 1000 îá/ìèí? à) 1030 îá/ìèí; á) 970 îá/ìèí. 6.4. Ñîçäàíèå âðàùàþùåãîñÿ ìàãíèòíîãî ïîëÿ Âîçüìåì ïðîñòåéøèé àñèíõðîííûé äâèãàòåëü, êàæäàÿ ôàçà ñòàòîðíîé îáìîòêè êîòîðîãî ñîñòîèò èç îäíîé êàòóøêè (ðèñ. 6.2). Îïðåäåëèì íàïðàâëåíèå è âåëè÷èíó ìàãíèòíîãî ïîòîêà äâèãàòåëÿ â ðàçëè÷íûå ìîìåíòû âðåìåíè t1, t2, t3 è ò. ä.  ìîìåíò âðåìåíè t1 òîêè ïî ôàçàì (ñì. ðèñ. 6.2, ã), áóäóò ðàâíû iA = I m; iB = Im I ; iC = m . 2 2 Ñîîòâåòñòâåííî ïîòîêè, ñîçäàâàåìûå êàæäîé ôàçîé (ïî àáñîëþòíîé âåëè÷èíå), áóäóò ñëåäóþùèìè: F A = F m; F B = 76 Fm F ; FC = m . 2 2 Çäåñü Im è Ôm — ìàêñèìàëüíûé òîê è ìàêñèìàëüíûé ïîòîê îäíîé ôàçû ñîîòâåòñòâåííî. Ðèñ. 6.2. Ñîçäàíèå âðàùàþùåãîñÿ ìàãíèòíîãî ïîëÿ â äâèãàòåëå Îòêëàäûâàÿ ïî îñÿì ôàç âåêòîðû ìàãíèòíûõ ïîòîêîâ (ñ ó÷åòîì íàïðàâëåíèÿ òîêà â ôàçàõ) è ñêëàäûâàÿ èõ, ïîëó÷àåì ðåçóëüòèðóþùèé ìàãíèòíûé ïîòîê F (ñì. ðèñ. 6.2, à). Îí áóäåò ðàâåí 3 ïî âåëè÷èíå F m è íàïðàâëåí ïî îñè ôàçû À, ïî êîòîðîé â äàí2 íûé ìîìåíò âðåìåíè ïðîòåêàåò ìàêñèìàëüíûé òîê Im. Âûïîëíÿÿ àíàëîãè÷íûå ïîñòðîåíèÿ äëÿ äðóãèõ ìîìåíòîâ âðåìåíè, íàïðèìåð t2 è t3 (ñì. ðèñ. 6.2, á, â), ìû óáåæäàåìñÿ, ÷òî ðåçóëüòèðóþùèé ìàãíèòíûé ïîòîê F ïî âåëè÷èíå îñòàåòñÿ íåèçìåííûì 77 3 F m , à ïî íàïðàâëå2 íèþ âñå âðåìÿ ïåðåìåùàåòñÿ ïî îêðóæíîñòè ñòàòîðà. Ðàñïðåäåëåíèå ìàãíèòíîãî ïîëÿ â ïðîñòðàíñòâå (ïî îêðóæíîñòè ñòàòîðà) áëèçêî ê ñèíóñîèäàëüíîìó. Íà ðèñ. 6.3 ïîêàçàíû îñíîâíûå ãàðìîíèêè ìàãíèòíûõ ïîëåé êàæäîé ôàçû è ðåçóëüòèðóþùåãî ìàãíèòíîãî ïîëÿ äëÿ òåõ æå ìîìåíòîâ âðåìåíè, ÷òî è íà ðèñ. 6.2. Ëèíèÿ ÀÀ ïðåäñòàâëÿåò ñîáîþ ðàçâåðòêó âíóòðåííåé îêðóæíîñòè ñòàòîðà â ïðÿìóþ ëèíèþ (ïðåäïîëàãàåì, ÷òî ñòàòîð ðàçðåçàí ïî îáðàçóþùåé, ïðîõîäÿùåé ÷åðåç òî÷êó À). Çà âðåìÿ îäíîãî ïåðèîäà ïåðåìåííîãî òîêà ïîòîê â äâóõïîëþñíîé ìàøèíå, ðàññìàòðèâàåìîé íàìè, ñäåëàåò îäèí îáîðîò. Ñëåäîâàòåëüíî, äëÿ äâóõïîëþñíîé ìàøèíû ñêîðîñòü âðàùåíèÿ ìàãíèòíîãî ïîëÿ è ðàâíûì Ðèñ. 6.3. Ðàñïðåäåëåíèå ìàãíèòíîãî ïîëÿ ïî îêðóæíîñòè ñòàòîðà n0 = 1 îá/ñ = f îá/ñ = 60 f îá/ìèí, T ãäå f1 — ÷àñòîòà ñòàòîðíîãî òîêà.  ìàøèíå, èìåþùåé p ïàð ïîëþñîâ, çà âðåìÿ îäíîãî ïåðèîäà ïîòîê ïðîéäåò ÷àñòü îêðóæíîñòè, ïðèõîäÿùóþñÿ íà ïàðó ïî1 ëþñîâ, ò. å. ñäåëàåò îáîðîòà. Ñêîðîñòü åãî p n0 = 78 f1 60 f 1 îá/ñ = îá/ìèí. p p (6.2) ÂÎÏÐÎÑÛ 6.4.1. Êàê èçìåíèòñÿ ìàãíèòíûé ïîòîê äâèãàòåëÿ, ñòàòîðíàÿ îáìîòêà êîòîðîãî ñîåäèíåíà çâåçäîé, åñëè â îäíîé èç ôàç îáìîòêè ïîÿâèòñÿ îáðûâ? à) ïîòîê áóäåò íåïîäâèæíûì è ïóëüñèðóþùèì; á) ïîòîê îñòàíåòñÿ âðàùàþùèìñÿ, íî ïî âåëè÷èíå óìåíüøèòñÿ íà 1/3. 6.4.2. Ìîæåò ëè ïðè ÷àñòîòå f 1 = 50 Ãö ñêîðîñòü ìàãíèòíîãî ïîëÿ n0 áûòü ðàâíîé 1200 îá/ìèí? à) ìîæåò; á) íå ìîæåò. 6.5. Îáìîòêè Ñòàòîðíàÿ îáìîòêà àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ ñîñòîèò èç òðåõ îäèíàêîâûõ ôàçíûõ îáìîòîê, ñîåäèíåííûõ ìåæäó ñîáîé ÷àùå âñåãî çâåçäîé. Ïðîñòåéøèì ýëåìåíòîì êàæäîé ôàçíîé îáìîòêè ÿâëÿåòñÿ âèòîê. Íåñêîëüêî âèòêîâ îáðàçóþò êàòóøêó èëè ñåêöèþ, à íåñêîëüêî êàòóøåê — êàòóøå÷íóþ ãðóïïó. ×èñëî êàòóøåê â ãðóïïå ðàâíî ÷èñëó ïàçîâ, ïðèõîäÿùèõñÿ íà îäèí ïîëþñ è ôàçó, êîòîðîå îáîçíà÷àåòñÿ q: z , q= 2 pm1 ãäå z — ïîëíîå ÷èñëî ïàçîâ ñòàòîðà; 2p — ÷èñëî ïîëþñîâ ìàøèíû; m1 — ÷èñëî ôàç ñòàòîðíîé îáìîòêè, îáû÷íî ðàâíîå 3. ×èñëî ïàçîâ íà ïîëþñ è ôàçó ëåæèò ÷àùå âñåãî â ïðåäåëàõ 2–5. Íåñêîëüêî êàòóøå÷íûõ ãðóïï îáðàçóþò ôàçíóþ îáìîòêó. ×èñëî êàòóøå÷íûõ ãðóïï â ôàçå ðàâíî ïðè îäíîñëîéíûõ îáìîòêàõ (ñì. íèæå) ÷èñëó ïàð ïîëþñîâ ð, à ïðè äâóõñëîéíûõ — ÷èñëó ïîëþñîâ — 2ð. Îñíîâíàÿ âåëè÷èíà, õàðàêòåðèçóþùàÿ îáìîòêó, íàçûâàåòñÿ øàãîì îáìîòêè è îáîçíà÷àåòñÿ ÷åðåç y. Øàã îáìîòêè — ýòî øèðèíà êàòóøêè (ðèñ. 6.4), âûðàæåííàÿ â ïàçîâûõ äåëåíèÿõ (ïàçîâîå äåëåíèå — ÷àñòü âíóòðåííåé îêðóæíîñòè ñòàòîðà, ïðèõîäÿùàÿñÿ íà îäèí ïàç). Øàã îáìîòêè âûáèðàåòñÿ 79 ëèáî ðàâíûì ïîëþñíîìó äåëåíèþ t, ò. å. ÷àñòè îêðóæíîñòè ñòàòîðà, ïðèõîäÿùåéñÿ íà îäèí ïîëþñ, ëèáî áëèçêèì ê íåìó: y » t. Ïî ÷èñëó àêòèâíûõ ñòîðîí êàòóøåê, íàõîäÿùèõñÿ â îäíîì ïàçó, îáìîòêè áûâàþò îäíîñëîéíûå (â êàæäîì ïàçó ëåæèò îäíà ñòîðîíà êàòóøêè) è äâóõñëîéíûå (â êàæäîì ïàçó â äâà ñëîÿ ëåæàò äâå ñòîðîíû äâóõ êàòóøåê). Ïî ôîðìå è âçàèìíîìó ðàñïîëîæåíèþ êàòóøåê îáìîòêè äåëÿòñÿ íà êîíöåíòðè÷åÐèñ. 6.4. Øàã îáìîòêè ñêèå, ðàâíîñåêöèîííûå (ïåòëåâûå) è öåïíûå. Ðàçâåðíóòàÿ ñõåìà îäíîñëîéíîé êîíöåíòðè÷åñêîé îáìîòêè ïîêàçàíà íà ðèñ. 6.5. (Ðàçâåðíóòàÿ ñõåìà îáìîòêè ïîëó÷àåòñÿ, åñëè ðàçðåçàòü ïî îáðàçóþùåé âíóòðåííþþ öèëèíäðè÷åñêóþ ïîâåðõíîñòü ñòàòîðà è ðàçâåðíóòü åå â ïëîñêîñòü.) Êàòóøêè êîíöåíòðè÷åñêîé îáìîòêè íåîäèíàêîâû ïî ñâîèì ðàçìåðàì, ÷òî îáóñëàâëèâàåò íåîäèíàêîâûå ñîïðîòèâëåíèÿ ïî ôàçàì è çàòðóäíÿåò ìåõàíèçàöèþ èçãîòîâëåíèÿ êàòóøåê. Êîíöåíòðè÷åñêèå îáìîòêè â íàñòîÿùåå âðåìÿ ïðèìåíÿþòñÿ ðåäêî. Ïåòëåâûå ðàâíîñåêöèîííûå îáìîòêè (ðèñ. 6.6), âûïîëíÿåìûå äâóõñëîéíûìè, èñïîëüçóþòñÿ ÷àùå âñåãî. Îíè íàèáîëåå óäîáíû â èçãîòîâëåíèè, îáåñïå÷èâàþò íàèìåíüøèé ðàñõîä ìåäè è äîïóñêàþò âîçìîæíîñòü óêîðî÷åíèÿ øàãà. Öåïíûå îáìîòêè (ðèñ. 6.7) ÿâëÿþòñÿ îäíîñëîéíûìè îáìîòêàìè ñ îäèíàêîâûìè êàòóøêàìè è íàõîäÿò ïðèìåíåíèå â äâèãàòåëÿõ íåáîëüøîé ìîùíîñòè. Ïî âåëè÷èíå øàãà îáìîòêè äåëÿòñÿ íà îáìîòêè ñ ïîëíûì øàãîì ( y = t) è îáìîòêè ñ óêîðî÷åííûì øàãîì ( y < t).  íàñòîÿùåå âðåìÿ â áîëüøèíñòâå ñëó÷àåâ ïðèìåíÿþòñÿ îáìîòêè ñ óêîðî÷åííûì øàãîì, ðàâíûì ïðèáëèçèòåëüíî 0, 8 t. Óêîðî÷åíèå øàãà îñëàáëÿåò âûñøèå ãàðìîíèêè â êðèâîé ðàñïðåäåëåíèÿ ìàãíèòíîãî ïîëÿ â äâèãàòåëå, ïðèáëèæàÿ åå ê ñèíóñîèäå, è äàåò íåêîòîðîå óìåíüøåíèå ðàñõîäà ìåäè íà îáìîòêó çà ñ÷åò ñîêðàùåíèÿ äëèíû ëîáîâûõ (òîðöîâûõ) ñîåäèíåíèé êàòóøåê. 80 Ðèñ. 6.5. Ñõåìà òðåõôàçíîé îäíîñëîéíîé êîíöåíòðè÷åñêîé îáìîòêè Ðèñ. 6.6. Ñõåìà òðåõôàçíîé äâóõñëîéíîé ïåòëåâîé îáìîòêè 81 Ðèñ. 6.7. Ñõåìà òðåõôàçíîé îäíîñëîéíîé öåïíîé îáìîòêè Ðîòîðíûå îáìîòêè ó êîðîòêîçàìêíóòûõ ðîòîðîâ âûïîëíÿþòñÿ, êàê óæå óêàçûâàëîñü âûøå, â âèäå áåëè÷üåé êëåòêè, à ó äâèãàòåëåé ñ ôàçíûì ðîòîðîì èç îòäåëüíûõ êàòóøåê — ïîäîáíî ñòàòîðíûì îáìîòêàì. ÂÎÏÐÎÑÛ 6.5.1. ×åìó ðàâíî ÷èñëî êàòóøåê â ãðóïïå ñòàòîðíîé îáìîòêè øåñòèïîëþñíîãî òðåõôàçíîãî äâèãàòåëÿ, åñëè ÷èñëî ïàçîâ íà ñòàòîðå ðàâíî 54? à) 6 êàòóøåê; á) 3 êàòóøêè. 6.5.2. Ñòàòîðíàÿ îáìîòêà äâèãàòåëÿ ïðåäûäóùåãî âîïðîñà (6.5.1) âûïîëíåíà â äâóõ âàðèàíòàõ: ñ ïîëíûì øàãîì y è ñ óêîðî÷åííûì y ¢. Óêàæèòå ïðàâèëüíûé îòâåò. à) y = 9; y¢ = 5; á) y = 8; y¢ = 6; â) y = 9; y¢ = 7. Ëåêöèÿ 7 ÝËÅÊÒÐÎÄÂÈÆÓÙÈÅ ÑÈËÛ ÎÁÌÎÒÎÊ ÄÂÈÃÀÒÅËß. ÐÀÁÎÒÀ ÐÎÒÎÐÍÎÉ ÖÅÏÈ ÏÐÈ ÍÀÃÐÓÇÊÅ 7.1. Ýëåêòðîäâèæóùàÿ ñèëà îáìîòîê àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ Âðàùàþùååñÿ ìàãíèòíîå ïîëå äâèãàòåëÿ ïðè ñâîåì âðàùåíèè ïåðåñåêàåò ïðîâîäíèêè íå òîëüêî ðîòîðíîé, íî è ñòàòîðíîé îáìîòêè è èíäóêòèðóåò â íåé ýëåêòðîäâèæóùóþ ñèëó. Îïðåäåëèì âåëè÷èíó ýòîé ÝÄÑ. Âîçüìåì îäèí âèòîê ñòàòîðíîé îáìîòêè è ïðåäïîëîæèì, ÷òî â êàêîé-òî ìîìåíò âðåìåíè îí çàíèìàåò îòíîñèòåëüíî ïîëþñîâ ìàãíèòíîãî Ðèñ. 7.1. ÝÄÑ ïðîâîäíèêîâ ïîëÿ äâèãàòåëÿ ïîëîæåíèå, ïîêàçàíâèòêà íîå íà ðèñ. 7.1. Øàã îáìîòêè áóäåì ñ÷èòàòü ïîëíûì. Òîãäà ìãíîâåííîå çíà÷åíèå ÝÄÑ â îäíîé ñòîðîíå âèòêà áóäåò ñëåäóþùèì: e ïð = Blv. Ïîñêîëüêó ìàãíèòíàÿ èíäóêöèÿ B íà ïðîòÿæåíèè ïîëþñíîãî äåëåíèÿ t íåîäèíàêîâà, òî äëÿ ïîëó÷åíèÿ ñðåäíåãî çíà÷åíèÿ ÝÄÑ îäíîé ñòîðîíû âèòêà ïðèìåì è ñðåäíåå çíà÷åíèå èíäóêöèè Bñð: E ïð.ñð = B ïð lv, 83 ãäå l — àêòèâíàÿ äëèíà ñòîðîíû âèòêà (äëèíà òîé ÷àñòè, êîòîðàÿ íàõîäèòñÿ â ìàãíèòíîì ïîëå); V — ëèíåéíàÿ ñêîðîñòü äâèæåíèÿ ïîëÿ îòíîñèòåëüíî âèòêà v= pDn 0 ì/ñ, 60 ãäå D — äèàìåòð âíóòðåííåé îêðóæíîñòè ñòàòîðà. Äëèíó âíóòðåííåé îêðóæíîñòè ñòàòîðà ìîæíî ïðåäñòàâèòü è òàê: pD = 2 pt. Òîãäà v= 2 ptn 0 = 2 tf 1 ì/ñ, 60 è E ïð.ñð = 2 f 1B ñð lt. Ïðîèçâåäåíèå lt ÿâëÿåòñÿ ÷àñòüþ âíóòðåííåé öèëèíäðè÷åñêîé ïîâåðõíîñòè ñòàòîðà, ïðèõîäÿùåéñÿ íà îäèí ïîëþñ. Óìíîæèâ åãî íà ñðåäíåå çíà÷åíèå ìàãíèòíîé èíäóêöèè ïîä ïîëþñîì, ïîëó÷èì ìàãíèòíûé ïîòîê îäíîãî ïîëþñà: B ñð lt = F. Òîãäà E ïð.ñð = 2 f 1F. Äåéñòâóþùåå çíà÷åíèå ÝÄÑ îäíîé ñòîðîíû âèòêà E ïð = 1,1E ïð.ñð = 2, 22 f 1F. ÝÄÑ âñåãî âèòêà áóäåò â 2 ðàçà áîëüøå, òàê êàê ÝÄÑ îáåèõ ñòîðîí áóäóò îäèíàêîâû, ïîñêîëüêó ïðè ïîëíîì øàãå ñòîðîíû âèòêà çàíèìàþò îòíîñèòåëüíî ïîëþñîâ îäèíàêîâîå ïîëîæåíèå: E â = 2E ïð = 4, 44 f 1F. Åñëè îáìîòêà èìååò óêîðî÷åííûé øàã (ñì. ðèñ. 7.1, ïóíêòèð), òî ÝÄÑ îòäåëüíûõ ñòîðîí âèòêà áóäóò íåîäèíàêîâû, òàê êàê åãî ñòîðîíû îòíîñèòåëüíî ïîëþñîâ áóäóò çàíèìàòü íåîäèíàêîâîå ïîëîæåíèå. Âñëåäñòâèå ýòîãî ÝÄÑ âèòêà ïðè óêîðî÷åííîì øàãå áóäóò íåñêîëüêî ìåíüøå, ÷åì ïðè ïîëíîì. Ýòî óìåíüøåíèå 84 ó÷èòûâàåòñÿ ââåäåíèåì â ôîðìóëó ÝÄÑ ñïåöèàëüíîãî êîýôôèöèåíòà K y , ðàâíîãî ïðè y » 0, 8 t ïðèìåðíî 0,95–0,96 è íàçûâàåìîãî êîýôôèöèåíòîì óêîðî÷åíèÿ: E â = 4, 44 f 1K ó F. Åñëè êàòóøêà ñîäåðæèò wê âèòêîâ, ñîåäèíåííûõ ïîñëåäîâàòåëüíî, òî ÝÄÑ êàòóøêè E ê = w ê E â = 4, 44 f 1 w ê K ó F. ÝÄÑ êàòóøå÷íîé ãðóïïû, ñîñòîÿùåé èç q êàòóøåê, áóäåò ñëåäóþùåé: E ãð = qE ê K ð = 4, 44 f 1 w ê K ó K ð F. Çäåñü ïðèøëîñü ââåñòè åùå îäèí êîýôôèöèåíò Kð, íàçûâàåìûé êîýôôèöèåíòîì ðàñïðåäåëåíèÿ è òàêæå ðàâíûé ïðè îáû÷íî ïðèìåíÿåìûõ çíà÷åíèÿõ q ïðèáëèçèòåëüíî 0,95–0,96. Ââåäåíèå ýòîãî êîýôôèöèåíòà îáóñëàâëèâàåòñÿ òåì, ÷òî îòäåëüíûå êàòóøêè â ãðóïïå çàíèìàþò ïî îòíîøåíèþ ê ìàãíèòíîìó ïîëþ â ëþáîé ìîìåíò âðåìåíè íåîäèíàêîâûå ïîëîæåíèÿ è âñëåäñòâèå ýòîãî èõ ÝÄÑ áóäóò íåîäèíàêîâû. Ïðè ÷èñëå êàòóøå÷íûõ ãðóïï â ôàçå, ðàâíîì 2p (ïðè äâóõñëîéíîé îáìîòêå), ÝÄÑ îäíîé ôàçû ñòàòîðíîé îáìîòêè E 1 = 2 pE ãð = 4, 44 f 1 2 pqw ê K ó K ð F. Âåëè÷èíà 2pqwê ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ÷èñëî âèòêîâ ôàçíîé îáìîòêè w1, ïðîèçâåäåíèå KóKð íàçûâàåòñÿ îáìîòî÷íûì êîýôôèöèåíòîì è îáîçíà÷àåòñÿ ÷åðåç Kî1. Òîãäà îêîí÷àòåëüíî ïîëó÷èì E 1 = 4, 44 f 1 w1K î1F. (7.1) Åñëè ðîòîð äâèãàòåëÿ íåïîäâèæåí, òî âåëè÷èíà ÝÄÑ ðîòîðíîé îáìîòêè E2 â ýòîì ñëó÷àå îïðåäåëÿåòñÿ àíàëîãè÷íî: E 2 = 4, 44 f 1 w 2 K î 2 F. (7.2) ÂÎÏÐÎÑÛ 7.1.1. ×åìó ðàâåí îáìîòî÷íûé êîýôôèöèåíò îáìîòêè, ó êîòîðîé y = t è q = 1? à) K0 = 0,92; á) K0 = 1,0. 85 7.1.2. Çàâèñèò ëè E1 îò ñêîðîñòè âðàùåíèÿ ìàãíèòíîãî ïîëÿ? à) çàâèñèò; á) íå çàâèñèò. 7.2. Õîëîñòîé õîä àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ Ïðè õîëîñòîì õîäå äâèãàòåëÿ âðàùàþùèé ìîìåíò, ðàçâèâàåìûé ðîòîðîì, î÷åíü ìàë (ïðèìåðíî 2 % îò íîìèíàëüíîãî), òàê êàê îí íóæåí òîëüêî äëÿ ïîêðûòèÿ íåáîëüøèõ ïîòåðü íà òðåíèå è íà âåíòèëÿöèþ. Äëÿ ñîçäàíèÿ ìàëîãî âðàùàþùåãî ìîìåíòà òðåáóåòñÿ ìàëûé ðîòîðíûé òîê, à ñëåäîâàòåëüíî, è ìàëàÿ ÝÄÑ ðîòîðà. Ýòî ìîæåò áûòü ëèøü ïðè âåñüìà ìàëîì ñêîëüæåíèè äâèãàòåëÿ, òàê êàê ÷åì ìåíüøå îòñòàåò ðîòîð îò ìàãíèòíîãî ïîëÿ, òåì ìåäëåííåå áóäóò ïåðåìåùàòüñÿ ïðîâîäíèêè ðîòîðà îòíîñèòåëüíî ïîëÿ è òåì ìåíüøàÿ ÝÄÑ áóäåò â íèõ èíäóêòèðîâàòüñÿ. Òîê ñòàòîðà (òîê, ïîòðåáëÿåìûé äâèãàòåëåì èç ñåòè) äàæå ïðè õîëîñòîì õîäå áóäåò çíà÷èòåëüíûì. Îí äîñòèãàåò 25–40 % îò íîìèíàëüíîãî òîêà, à â íåêîòîðûõ ñëó÷àÿõ è áîëüøå. Ýòî îáúÿñíÿåòñÿ òåì, ÷òî ñòàòîðíûé òîê õîëîñòîãî õîäà â îñíîâíîì ÿâëÿåòñÿ íàìàãíè÷èâàþùèì ðåàêòèâíûì òîêîì. Òàê êàê ìåæäó ñòàòîðîì è ðîòîðîì îáÿçàòåëüíî äîëæåí áûòü âîçäóøíûé çàçîð, îáëàäàþùèé áîëüøèì ìàãíèòíûì ñîïðîòèâëåíèåì, òî äëÿ ñîçäàíèÿ â äâèãàòåëå äîñòàòî÷íî áîëüøîãî ìàãíèòíîãî ïîòîêà íåîáõîäèìà çíà÷èòåëüíàÿ íàìàãíè÷èâàþùàÿ ñèëà, ò. å. ïðè çàäàííîì ÷èñëå âèòêîâ îáìîòêè íóæåí áîëüøîé íàìàãíè÷èâàþùèé òîê. ×òîáû îãðàíè÷èòü âåëè÷èíó òîêà õîëîñòîãî õîäà, âîçäóøíûé çàçîð â äâèãàòåëå äåëàþò âåñüìà ìàëûì.  íåáîëüøèõ äâèãàòåëÿõ îí èçìåðÿåòñÿ äåñÿòûìè äîëÿìè ìèëëèìåòðà è ëèøü â ìîùíûõ ìàøèíàõ äîñòèãàåò 1–2 ìì. Àêòèâíàÿ ìîùíîñòü, ïîòðåáëÿåìàÿ äâèãàòåëåì ïðè õîëîñòîì õîäå, ðàñõîäóåòñÿ íà ïîòåðè õîëîñòîãî õîäà.  îòëè÷èå îò òðàíñôîðìàòîðà, ïîòåðè õîëîñòîãî õîäà áóäóò âêëþ÷àòü â ñåáÿ íå òîëüêî ïîòåðè â ñòàëè ñòàòîðà (íà ãèñòåðåçèñ è âèõðåâûå òîêè), íî è ïîòåðè â ìåäè ñòàòîðíîé îáìîòêè îò òîêà õîëîñòîãî õîäà è ìåõàíè÷åñêèå ïîòåðè. ÂÎÏÐÎÑÛ 7.2.1. Äâà àñèíõðîííûõ äâèãàòåëÿ îòëè÷àþòñÿ äðóã îò äðóãà ëèøü âåëè÷èíîé âîçäóøíîãî çàçîðà, êîòîðûé ó äâèãàòåëÿ 1 86 áîëüøå, ÷åì ó äâèãàòåëÿ 2, d 1 > d 2 . Êàêîâî ñîîòíîøåíèå òîêîâ õîëîñòîãî õîäà ýòèõ äâèãàòåëåé? à) I 01 = I 02 ; á) I 01 > I 02 ; â) I 01 < I 02 . 7.3. Ðàáîòà ðîòîðíîé öåïè äâèãàòåëÿ ïðè íàãðóçêå Ïðè ðàáîòå äâèãàòåëÿ ïîä íàãðóçêîé, ò. å. ïðè íàëè÷èè ìîìåíòà ñîïðîòèâëåíèÿ, äåéñòâóþùåãî íà åãî âàëó ñî ñòîðîíû ðàáî÷åé ìàøèíû, ñêîëüæåíèå äâèãàòåëÿ, à ñëåäîâàòåëüíî, ÝÄÑ è òîê ðîòîðà áóäóò çíà÷èòåëüíî áîëüøå, ÷åì ïðè õîëîñòîì õîäå. Èõ âåëè÷èíà áóäåò îïðåäåëÿòüñÿ âåëè÷èíîé âðàùàþùåãî ìîìåíòà, íåîáõîäèìîãî äëÿ ïðåîäîëåíèÿ ìîìåíòà ñîïðîòèâëåíèÿ. Ðàçáåðåìñÿ â âåëè÷èíàõ, õàðàêòåðèçóþùèõ ðàáîòó ðîòîðíîé öåïè ïðè íàãðóçêå. ×àñòîòà ÝÄÑ è òîêà ðîòîðà îïðåäåëèòñÿ ïî èçâåñòíîìó ñîîòíîøåíèþ, îïðåäåëÿþùåìó ÷àñòîòó ëþáîãî ïåðåìåííîãî òîêà: pn f2 = 2. 60 Çäåñü n 2 = n 0 - n ÿâëÿåòñÿ ñêîðîñòüþ âðàùåíèÿ ðîòîðà îòíîñèòåëüíî ïîëÿ. Òîãäà f2 = p( n 0 - n ) n 0 × = sf 1 . n0 60 ÝÄÑ âðàùàþùåãîñÿ ðîòîðà, êîòîðóþ, â îòëè÷èå îò ÝÄÑ íåïîäâèæíîãî ðîòîðà E2, îáîçíà÷èì ÷åðåç E2s, ïîëó÷èì íà îñíîâàíèè âûðàæåíèÿ (7.1): E 2 s = 4, 44 f 2 w 2 K 02 F = s4, 44 f 1 w 2 K 02 F = sE 2 . (7.4) Îòìåòèì, ÷òî â îáû÷íûõ ðåæèìàõ ðàáîòû äâèãàòåëÿ ÷àñòîòà è ÝÄÑ âðàùàþùåãîñÿ ðîòîðà áóäóò âåñüìà íåâåëèêè, òàê êàê ñêîëüæåíèÿ ñîñòàâëÿþò âñåãî íåñêîëüêî ñîòûõ äîëåé. Òîê ðîòîðà îïðåäåëèòñÿ çàêîíîì Îìà: I2 = E 2s r + x 22s 2 . (7.5) 87 Èíäóêòèâíîå ñîïðîòèâëåíèå ðîòîðíîé îáìîòêè, îáóñëîâëåííîå ìàãíèòíûì ïîëåì ðàññåÿíèÿ ðîòîðà, çàâèñèò îò ÷àñòîòû òîêà ðîòîðà, à ñëåäîâàòåëüíî, è îò ñêîëüæåíèÿ: x 2 s = 2pf 2 L2 = s2pf 1L2 = sx 2 , (7.6) ãäå x2 — èíäóêòèâíîå ñîïðîòèâëåíèå íåïîäâèæíîãî ðîòîðà (ïðè ÷àñòîòå f1). Òîê ðîòîðà âûðàæàåòñÿ îáû÷íî òàê: I2 = sE 2 r + (sx 2 ) 2 2 2 = E2 æç r2 ö÷ 2 çç ÷÷ + x 2 è s ÷ø 2 . (7.7) Ìàòåìàòè÷åñêè âûðàæåíèÿ (7.5) è (7.7) ðàâíîöåííû, íî ïî ôèçè÷åñêîìó ñîäåðæàíèþ ðàçëè÷íû. Âûðàæåíèå (7.5) îïðåäåëÿåò òîê âî âðàùàþùåéñÿ ðîòîðíîé îáìîòêå ñ ïåðåìåííîé ÝÄÑ E2s è ïåðåìåííîé ÷àñòîòîé f2, ò. å. ðåàëüíûé òîê. Âûðàæåíèå æå (7.7) îïðåäåëÿåò òîê â íåïîäâèæíîé ýêâèâàëåíòíîé öåïè ñ ïîñòîÿííîé ÝÄÑ E2 è ïîñòîÿííîé ÷àñòîòîé f1, íî ñ ïåðåìåííûì àêòèâíûì ñîïðîòèâëåíèåì. Òàêèì îáðàçîì, ïåðåõîäÿ îò (7.5) ê (7.7), ìû çàìåíÿåì âðàùàþùèéñÿ ðîòîð ýêâèâàëåíòíîé ïî äåéñòâóþùåìó çíà÷åíèþ òîêà íåïîäâèæíîé öåïüþ, èññëåäîâàíèå êîòîðîé çíà÷èòåëüíî ïðîùå. Ýòà öåïü (ðèñ. 7.2, à) íàçûâàåòñÿ ñõåìîé çàìåùåíèÿ (èëè ýêâèâàëåíòíîé ñõåìîé) ðîòîðà (îäíîé ôàçû). Îäíàêî ðîòîð íåñåò è ìåõàíè÷åñêóþ íàãðóçêó, ÷òî, î÷åâèäíî, äîëæíî íàéòè îòðàæåíèå â ñõåìå çàìåùåíèÿ. Ðàçîáüåì àêòèâíîå ñîïðîòèâëåíèå ñõåìû íà äâå ñîñòàâëÿþùèå (ðèñ. 7.2, á): r2 1- s = r2 + r2 . s s Ðèñ. 7.2. Ñõåìà çàìåùåíèÿ ðîòîðà 88 Ïåðâàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ r2 — ôàêòè÷åñêîå àêòèâíîå ñîïðîòèâëåíèå ôàçû ðîòîðíîé 1- s îáìîòêè, à âòîðàÿ r2 — s óñëîâíîå ýêâèâàëåíòíîå ñîïðîòèâëåíèå, âåëè÷èíà êîòîðîãî ïðè ïðîõîæäåíèè ïî íåìó òîêà I2 îïðåäåëÿåò ïîëíóþ ìåõàíè÷åñêóþ ìîùíîñòü ðîòîðà Ðèñ. 7.3. Çàâèñèìîñòü òîêà ðîòîðà îò ñêîëüæåíèÿ (âêëþ÷àÿ ñþäà è ìåõàíè÷åñêèå ïîòåðè â äâèãàòåëå), ïðèõîäÿùóþñÿ íà îäíó ôàçó ðîòîðíîé îáìîòêè, ò. å. ïðè òðåõôàçíîì ðîòîðå Pìåõ = 3 1- s r2 I 22 . s Ãðàôè÷åñêè çàâèñèìîñòü I 2 = f ( s) ïîêàçàíà íà ðèñ. 7.3. ÂÎÏÐÎÑÛ 7.3.1. Çàâèñèò ëè âåëè÷èíà ÝÄÑ ðîòîðà E2s îò íàãðóçêè (ìîìåíòà ñîïðîòèâëåíèÿ) íà âàëó äâèãàòåëÿ? à) çàâèñèò; á) íå çàâèñèò. 7.3.2. Êàêèì îáðàçîì ñ óâåëè÷åíèåì íàãðóçêè äâèãàòåëÿ óâåëè÷èâàåòñÿ òîê ðîòîðà? 7.4. Ìàãíèòíûé ïîòîê â äâèãàòåëå ïðè ðàáîòå ïîä íàãðóçêîé Ïðè ðàáîòå äâèãàòåëÿ ïîä íàãðóçêîé ðîòîðíàÿ îáìîòêà, îáòåêàåìàÿ òîêîì, ñîçäàåò ñâîþ íàìàãíè÷èâàþùóþ ñèëó F2, ñòðåìÿùóþñÿ îñëàáèòü ìàãíèòíîå ïîëå ñòàòîðà. Âîçíèêàþò ÿâëåíèÿ, âïîëíå ïîäîáíûå ÿâëåíèÿì â íàãðóæåííîì òðàíñôîðìàòîðå (ñì. ïîäðàçä. 2.1.1), â ðåçóëüòàòå êîòîðûõ ìàãíèòíûé ïîòîê äâèãàòåëÿ íåìíîãî óìåíüøèòñÿ, à ñòàòîðíûé òîê âîçðàñòåò. Ìàãíèòíîå ïîëå â äâèãàòåëå òåïåðü áóäåò ñîçäàâàòüñÿ óæå ñîâìåñòíûì 89 äåéñòâèåì íàìàãíè÷èâàþùèõ ñèë îáåèõ îáìîòîê — ñòàòîðíîé & áóäåò ÿâëÿòüè ðîòîðíîé. Ðåçóëüòèðóþùèé ìàãíèòíûé ïîòîê F & & ñÿ ñóììîé ñòàòîðíîãî F 1 è ðîòîðíîãî F 2 ïîòîêîâ: & =F & 1 +F & 2. F (7.8) &1 èF & 2 , êàê â âûðàæåÎäíàêî ÷òîáû ñêëàäûâàòü ïîòîêè F íèè (7.8), íàäî ñíà÷àëà óáåäèòüñÿ, ÷òî îíè âðàùàþòñÿ â ïðîñòðàíñòâå ñ îäíîé ñêîðîñòüþ. Ñêîðîñòü âðàùåíèÿ ðîòîðíîãî ïî& 2 îòíîñèòåëüíî ðîòîðà òîêà F n 02 = 60 f 2 60 f 1 =s = sn 0 . p p Íî òàê êàê ðîòîð ñàì âðàùàåòñÿ, êàê ýòî âèäíî èç (6.1), ñî ñêîðîñòüþ (7.9) n = n 0 (1 - s), & 2 îòíîñèòåëüíî íåïîäâèæíîãî òî ñêîðîñòü âðàùåíèÿ ïîòîêà F ñòàòîðà n 02 + n = sn 0 + n 0 (1 - s) = n 0 , & 1. ò. å. áóäåò ðàâíà ñêîðîñòè âðàùåíèÿ ñòàòîðíîãî ïîòîêà F & & Òàêèì îáðàçîì, ïîòîêè F 1 è F 2 äðóã îòíîñèòåëüíî äðóãà áóäóò íåïîäâèæíû. Óðàâíåíèå íàìàãíè÷èâàþùèõ ñèë ìîæíî ïîëó÷èòü ñëåäóþùèì îáðàçîì. Ïîñêîëüêó ðîòîðíûé ïîòîê, à ñëåäîâàòåëüíî, è íàìàãíè÷èâàþùàÿ ñèëà ðîòîðà äåéñòâóåò íàâñòðå÷ó ñòàòîðíîé íàìàãíè÷èâàþùåé ñèëå (í. ñ.), òî ïîñëåäíÿÿ äîëæíà ñîñòîÿòü èç äâóõ ÷àñòåé: F&1 = F&0 + (-F&2 ), ãäå F&0 — í. ñ. ïðè õîëîñòîì õîäå, îáåñïå÷èâàþùàÿ íåîáõîäèìûé ïîòîê â äâèãàòåëå; F&2 — í. ñ., êîìïåíñèðóþùàÿ ðàçìàãíè÷èâàþùåå äåéñòâèå ðîòîðà. Îòñþäà F&1 + F&2 = F&0 . 90 (7.10) ÂÎÏÐÎÑÛ 7.4.1. Ðîòîð ÷åòûðåõïîëþñíîãî äâèãàòåëÿ âðàùàåòñÿ ñî ñêîðîñòüþ n = 1400 îá/ìèí. ×àñòîòà ñòàòîðíîãî òîêà f 1 = 50 Ãö. ×åìó ðàâíà ñêîðîñòü n02 âðàùåíèÿ ìàãíèòíîãî ïîòîêà ðîòîðà Ô2 îòíîñèòåëüíî ðîòîðà? à) 1500 îá/ìèí; á) 100 îá/ìèí. 7.4.2. ×åìó ðàâíà ñêîðîñòü n02 (ñì. ïðåäûäóùèé âîïðîñ) ïðè íåïîäâèæíîì ðîòîðå? à) 1500 îá/ìèí; á) 100 îá/ìèí. 7.4.3. Óêàæèòå ïðàâèëüíîå ñîîòíîøåíèå ìàãíèòíûõ ïîòîêîâ äâèãàòåëÿ ïðè õîëîñòîì õîäå Ô0, íîìèíàëüíîé íàãðóçêå Ôíîì è äâóêðàòíîé ïåðåãðóçêå äâèãàòåëÿ Ôn2. à) F 0 = F íîì = F n 2 ; á) F 0 > F íîì > F n 2 ; â) F 0 < F íîì < F n 2 . Ëåêöèÿ 8 ÎÑÍÎÂÍÛÅ ÓÐÀÂÍÅÍÈß È ÑÕÅÌÛ ÇÀÌÅÙÅÍÈß ÄÂÈÃÀÒÅËß 8.1. Îñíîâíûå óðàâíåíèÿ àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ 8.1.1. Óðàâíåíèå òîêîâ Óðàâíåíèå (7.10) ìîæåò áûòü ïåðåïèñàíî è òàê: m1 w1K 01 I&1 + m2 w 2 K 02 I& 2 = m1 w1K 01 I& 0 , (8.1) ãäå m1 è m2 — ñîîòâåòñòâåííî ÷èñëà ôàç ñòàòîðà è ðîòîðà. Ðàçäåëèâ âñå ÷ëåíû óðàâíåíèÿ (8.1) íà m1w1K01, ïîëó÷èì m w K I&1 + 2 2 02 I& 2 = I& 0 . m1 w1K 01 Îòíîøåíèå m1 w1K 01 = Ki m2 w 2 K 02 íàçîâåì êîýôôèöèåíòîì òðàíñôîðìàöèè òîêîâ, à m2 w 2 K 02 & I& I 2 = 2 = I& 2¢ m1 w1K 01 Ki — ïðèâåäåííûì òîêîì ðîòîðà àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ. Òîãäà (8.2) I&1 + I& 2¢ = I& 0 . Óðàâíåíèå (8.2) è áóäåò óðàâíåíèåì òîêîâ àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ. Îíî ìîæåò áûòü ïåðåïèñàíî è òàê: I&1 = I& 0 + (-I& 2¢ ). 92 (8.3) Îòñþäà âèäíî, ÷òî òîê ñòàòîðà ïðè íàãðóçêå ñîñòîèò èç äâóõ ñîñòàâëÿþùèõ: òîêà õîëîñòîãî õîäà I& 0 , ñîçäàþùåãî ìàãíèòíîå ïîëå â äâèãàòåëå, è íàãðóçî÷íîé ñîñòàâëÿþùåé (-I& 2¢ ), ðàâíîé ïî âåëè÷èíå ïðèâåäåííîìó òîêó ðîòîðà, íî íàïðàâëåííîé â îáðàòíóþ ñòîðîíó è êîìïåíñèðóþùåé ðàçìàãíè÷èâàþùåå äåéñòâèå ðîòîðíîé îáìîòêè. ÂÎÏÐÎÑÛ 8.1.1.1. Òîê õîëîñòîãî õîäà äâèãàòåëÿ I& 0 = 0, 2 - j10, 3 A, ïðèâåäåííûé ðîòîðíûé òîê I& 2¢ = -12,5 + j 2a. Îïðåäåëèòå òîê ñòàòîðà. à) I&1 = -12, 3 - j 8, 3 A; á) I&1 = 12, 7 - j12, 3 A. 8.1.2. Óðàâíåíèå íàïðÿæåíèé ñòàòîðà Óðàâíåíèå íàïðÿæåíèé ñòàòîðíîé öåïè ïîëó÷èì, êàê è äëÿ òðàíñôîðìàòîðà, íà îñíîâàíèè âòîðîãî çàêîíà Êèðõãîôà: U& 1 + E& 1 + E& ð1 = r1 I&1 , ÝÄÑ E& ð1 = - jx1 I&1 èíäóêòèðóåòñÿ â ñòàòîðíîé îáìîòêå ïîòîêîì ñòàòîðíîãî ðàññåÿíèÿ, çàìûêàþùèìñÿ òîëüêî âîêðóã âèòêîâ ñòàòîðíîé îáìîòêè è íå çàõîäÿùèì â ðîòîð.  îêîí÷àòåëüíîì âèäå U& 1 = -E& 1 + (r1 + jx1 )I&1 = -E& 1 + z 1 I&1 . (8.4) Òàê êàê ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ â ñòàòîðíîé îáìîòêå z 1 I&1 , ïî ñðàâíåíèþ ñ ÝÄÑ E& 1 , íåâåëèêî, òî äëÿ ãðóáî ïðèáëèæåííûõ ðàñ÷åòîâ ìîæíî ñ÷èòàòü, ÷òî U 1 » E 1 = 4, 44 f 1 w1K 01F, è, ñëåäîâàòåëüíî, ïðè íåèçìåííîì íàïðÿæåíèè íà äâèãàòåëå ìàãíèòíûé ïîòîê ïðàêòè÷åñêè ïîñòîÿíåí. ( äåéñòâèòåëüíîñòè è Ô, è E1 ïðè èçìåíåíèÿõ íàãðóçêè òàêæå èçìåíÿþòñÿ, íî íåçíà÷èòåëüíî.) 93 ÂÎÏÐÎÑÛ 8.1.2.1. Èçìåíÿåòñÿ ëè ïîòîê ñòàòîðíîãî ðàññåÿíèÿ ñ óâåëè÷åíèåì íàãðóçêè íà äâèãàòåëü? à) íå èçìåíÿåòñÿ; á) óìåíüøàåòñÿ; â) óâåëè÷èâàåòñÿ. 8.1.2.2. Êàê èçìåíèòñÿ òîê õîëîñòîãî õîäà I0 ïðè óìåíüøåíèè ÷èñëà âèòêîâ ñòàòîðíîé îáìîòêè (U1 = const)? à) óâåëè÷èòñÿ; á) íå èçìåíèòñÿ; â) óìåíüøèòñÿ. 8.1.3. Óðàâíåíèå íàïðÿæåíèé ðîòîðà Óðàâíåíèå íàïðÿæåíèé ðîòîðíîé öåïè ëåãêî ïîëó÷èòü íà îñíîâàíèè ñõåìû çàìåùåíèÿ ðîòîðà (ñì. ðèñ. 7.2): r E& 2 + E& ð 2 = 2 I& 2 . s Çäåñü E& ð 2 — ÝÄÑ, èíäóêòèðóåìàÿ ïîòîêîì ðîòîðíîãî ðàññåÿíèÿ, E& ð 2 = - jx 2 I& 2 . Òîãäà ær ö E& 2 = çç 2 + jx 2 ÷÷÷I& 2 = z 2 I& 2 . çè s ÷ø (8.5) Èñïîëüçóÿ ýòî óðàâíåíèå, íåîáõîäèìî òîëüêî ïîìíèòü, ÷òî z2 = r2 + jx 2 s ÿâëÿåòñÿ íå ôàêòè÷åñêèì ïîëíûì ñîïðîòèâëåíèåì ðîòîðíîé öåïè, à ñîïðîòèâëåíèåì ñõåìû çàìåùåíèÿ, ó÷èòûâàþùèì è ìåõàíè÷åñêóþ ìîùíîñòü ðîòîðà. Åñëè èñïîëüçîâàòü ôàêòè÷åñêîå ïîëíîå ñîïðîòèâëåíèå ðîòîðà z 2 s = r2 + j(sx 2 ), òî óðàâíåíèå íàïðÿæåíèé ðîòîðà ïðèìåò âèä E& 2 s = z 2 s I& 2 . 94 (8.6) Óðàâíåíèÿ (8.5) è (8.6) ðàâíîöåííû. Ñëè÷àÿ âûðàæåíèÿ äëÿ ÝÄÑ îáìîòîê è îñíîâíûå óðàâíåíèÿ äâèãàòåëÿ ñ òàêèìè æå âûðàæåíèÿìè äëÿ òðàíñôîðìàòîðà, ìû óáåæäàåìñÿ â èõ ñõîäñòâå. ÂÎÏÐÎÑÛ 8.1.3.1. Çàâèñèò ëè ïîëíîå ñîïðîòèâëåíèå ñõåìû çàìåùåíèÿ ðîòîðà z2 îò íàãðóçêè äâèãàòåëÿ? à) íe çàâèñèò; á) çàâèñèò. 8.1.3.2. Ïîêàæèòå, ÷òî óðàâíåíèÿ (8.5) è (8.6) ïî ñóùåñòâó îäèíàêîâû. 8.2. Ïðèâåäåíèå ðîòîðíîé îáìîòêè ê ñòàòîðíîé Ïîäîáíî òðàíñôîðìàòîðó â òåõ ñëó÷àÿõ, êîãäà ñîâìåñòíî ðàññìàòðèâàþòñÿ ïðîöåññû â ñòàòîðíîé è ðîòîðíîé öåïÿõ, ðîòîðíàÿ îáìîòêà ïðèâîäèòñÿ ê ñòàòîðíîé. Ýòî çíà÷èò, ÷òî äåéñòâèòåëüíàÿ ðîòîðíàÿ îáìîòêà çàìåíÿåòñÿ óñëîâíîé ðàñ÷åòíîé îáìîòêîé ñ òåì æå ÷èñëîì âèòêîâ, òåì æå ÷èñëîì ôàç è òàêèì æå îáìîòî÷íûì êîýôôèöèåíòîì, ÷òî è ó ñòàòîðíîé îáìîòêè. Ïðè ýòîì íåîáõîäèìî, ÷òîáû ýíåðãåòè÷åñêèå ïðîöåññû â äâèãàòåëå íå èçìåíèëèñü. Ñëåäîâàòåëüíî, âñå àêòèâíûå, ðåàêòèâíûå è ïîëíûå ìîùíîñòè ïðèâåäåííîé è íåïðèâåäåííîé îáìîòîê äîëæíû áûòü ñîîòâåòñòâåííî ðàâíû ìåæäó ñîáîé. Ïðèâåäåííàÿ ÝÄÑ ðîòîðà E 2¢ = E 1 = K å E 2 , (8.7) ãäå Kå — êîýôôèöèåíò òðàíñôîðìàöèè ÝÄÑ àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ, E wK K å = 1 = 1 01 . E2 w 2 K 02 Òîãäà, ïðèðàâíèâàÿ ïîëíûå ìîùíîñòè ïðèâåäåííîé è íåïðèâåäåííîé îáìîòîê m1E 2¢ I 2¢ = m2 E 2 I 2 , ïîëó÷èì ïðèâåäåííûé òîê ðîòîðà 95 I 2¢ = m2 E 2 m w K I I 2 = 2 2 02 = 2 , m1E ¢ 2 m1 w1K 01 Ki (8.8) ò. å. òî, ÷òî ìû óæå ïîëó÷èëè, âûâîäÿ óðàâíåíèå òîêîâ. Êîýôôèöèåíò òðàíñôîðìàöèè òîêîâ Ki = m1 w1K 01 m2 w 2 K 02 äëÿ äâèãàòåëÿ ñ ôàçíûì ðîòîðîì, ó êîòîðîãî m1 = m2 , ñîâïàäàåò ñ êîýôôèöèåíòîì òðàíñôîðìàöèè ÝÄÑ Kå. Äëÿ äâèãàòåëåé ñ êîðîòêîçàìêíóòûì ðîòîðîì Kå è Ki áóäóò ðàçëè÷íû. Ïðè îïðåäåëåíèè Ki è Kå â ýòîì ñëó÷àå ÷èñëî ôàç m2 ïðèíèìàåòñÿ ðàâíûì ÷èñ1 ëó ñòåðæíåé îáìîòêè, ÷èñëî âèòêîâ íà ôàçó w 2 = è îáìîòî÷2 íûé êîýôôèöèåíò K 02 = 1, 0. Ïðèâåäåííîå àêòèâíîå ñîïðîòèâëåíèå ôàçû ðîòîðà ïîëó÷èì íà îñíîâàíèè ðàâåíñòâà ïîòåðü àêòèâíîé ìîùíîñòè â ïðèâåäåííîé è íåïðèâåäåííîé îáìîòêàõ: m1r2¢ I 2¢ 2 = m2 r2 I 22 . Îòñþäà r2¢ = r2 m2 m1 2 æç I 2 ö÷ m æmwK ö çç 2 ÷÷ = r2 2 çç 1 1 01 ÷÷÷ = K å K i r2 . m1 çè m2 w 2 K 02 ÷ø è I 2¢ ÷ø 2 (8.9) Àíàëîãè÷íî ïî ðàâåíñòâó ðåàêòèâíûõ ìîùíîñòåé ðîòîðíîãî ðàññåÿíèÿ m1 x ¢2 I 2¢ 2 = m2 x 2 I 22 ïîëó÷èì (8.10) x ¢2 = K å K i x 2 . Ñîîòâåòñòâåííî è (8.11) z ¢2 = K å K i z 2 . ÂÎÏÐÎÑÛ 8.2.1. Îïðåäåëèòå ïðèâåäåííûå ñîïðîòèâëåíèÿ r2¢ è x ¢2 òðåõôàçíîãî àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ ñ êîðîòêîçàìêíóòûì ðîòîðîì, åñëè r2 = 8 × 10 -5 Îì, x 2 = 0, 31 × 10 -3 Îì, w1 = 120 âèòêîâ, K 01 = 0, 9 è ÷èñëî ñòåðæíåé ðîòîðà n = 46. 96 8.3. Âåêòîðíàÿ äèàãðàììà àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ Äëÿ ïðèâåäåííîãî àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ ëåãêî ìîæåò áûòü ïîñòðîåíà íà îñíîâàíèè óðàâíåíèé (8.2), (8.4) è (8.5) âåêòîðíàÿ äèàãðàììà (ðèñ. 8.1). Òîëüêî óðàâíåíèå (8.5) äîëæíî áûòü çàïèñàíî äëÿ ïðèâåäåííîãî ðîòîðà: ær ¢ ö E& 2¢ = çç 2 + jx ¢2 ÷÷÷I& 2¢ = z ¢2 I& 2¢ . çè s ÷ø (8.12) Âåðõíÿÿ ÷àñòü äèàãðàììû, ñîîòâåòñòâóþùàÿ ñòàòîðíîé öåïè äâèãàòåëÿ, âïîëíå ïîäîáíà òîé æå ÷àñòè âåêòîðíîé äèàãðàììû íàãðóæåííîãî òðàíñôîðìàòîðà, ñîîòâåòñòâóþùåé ïåðâè÷íîé öåïè, è ñòðîèòñÿ àíàëîãè÷íî. Ðîòîðíàÿ (íèæíÿÿ) ÷àñòü âåêòîðíîé äèàãðàììû ïîëó÷àåòñÿ èñõîäÿ èç ñõåìû çàìåùåíèÿ ðîòîðà (ñì. ðèñ. 7.2), ò. å. ÝÄÑ è ÷àñòîòà ðîòîðà ïðèíèìàþòñÿ ïîñòîÿííûìè è ðàâíûìè ñîîòâåòñòâåííî E 2¢ è f1. Èñïîëüçîâàíèå â âåêòîðíîé äèàãðàììå ÝÄÑ âðàùàþùåãîñÿ ðîòîðà áóäåò íåïðàâèëüíûì, òàê êàê ÷àñòîòà åå îòëè÷íà îò ÷àñòîòû ÝÄÑ ñòàòîðà. ÝÄÑ E& 2¢ óðàâíîâåøèâàåòñÿ ïàäåíèåì íàïðÿæåíèÿ â öåïè ðîòîðà, àêòèâíàÿ è ðåàêòèâíàÿ ñîñòàâëÿþùèå êîòîðîãî ðàâíû ñîîòr¢ âåòñòâåííî 2 I& 2¢ è jx 2¢ I& 2¢ . Òàê s êàê àêòèâíîå ñîïðîòèâëåíèå r2¢ îáû÷íî çíà÷èòåëüíî áîëüs øå x 2¢ , òî óãîë Y2 ìåæäó E& 2¢ è I& 2¢ î÷åíü íåâåëèê. Ðèñ. 8.1. Âåêòîðíàÿ äèàãðàììà íàãðóæåííîãî àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ 97 ÂÎÏÐÎÑÛ 8.3.1. Êàê áóäåò èçìåíÿòüñÿ ñ ðîñòîì íàãðóçêè óãîë Y2 íà âåêòîðíîé äèàãðàììå (ñì. ðèñ. 8.1)? à) óâåëè÷èâàòüñÿ; á) óìåíüøàòüñÿ; â) îñòàâàòüñÿ ïîñòîÿííûì. 8.4. Ñõåìû çàìåùåíèÿ àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ Âî ìíîãèõ ñëó÷àÿõ ïðîùå è óäîáíåå èññëåäîâàòü ïðîöåññû â àñèíõðîííîì äâèãàòåëå, åñëè åãî ïðåäñòàâèòü â âèäå ýëåêòðè÷åñêîé íåïîäâèæíîé öåïè áåç èíäóêòèâíûõ ñâÿçåé, â êîòîðîé èçìåíåíèÿ âñåõ ýëåêòðè÷åñêèõ âåëè÷èí ïîä÷èíÿëèñü áû òåì æå çàêîíîìåðíîñòÿì, ÷òî è â ðåàëüíîì äâèãàòåëå. Òàêàÿ ñõåìà è íàçûâàåòñÿ ñõåìîé çàìåùåíèÿ. 8.4.1. Ò-îáðàçíàÿ ñõåìà çàìåùåíèÿ Ôàêòè÷åñêàÿ ñõåìà ñòàòîðíîé è ðîòîðíîé öåïåé àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ â èõ âçàèìíîé ñâÿçè ïîêàçàíà íà ðèñ. 8.2, à. (ñõåìà äàíà äëÿ îäíîé ôàçû). Ñòàòîðíàÿ îáìîòêà ñ ñîïðîòèâëåíèÿìè r1 è x1 è ðîòîðíàÿ ñ ñîïðîòèâëåíèÿìè r2 è x2s ñâÿçàíû ìåæäó ñîáîé òîëüêî èíäóêòèâíî ÷åðåç ìàãíèòíûé ïîòîê Ô. Äëÿ ïîëó÷åíèÿ ñõåìû çàìåùåíèÿ çàìåíèì ðîòîð íåïîäâèæíîé ýëåêòðè÷åñêîé öåïüþ (ñì. ïîäðàçä. 7.3) è ðîòîðíóþ îáìîòêó ïðèâåäåì ê ñòàòîðíîé. Òîãäà ïîëó÷èì ñõåìó ðèñ. 8.2, á. Òàê êàê E 2¢ = E 1 , òî ïîòåíöèàëû òî÷åê à è b, òàêæå êàê è òî÷åê ñ è d, áóäóò ìåæäó ñîáîé ðàâíû. Òîãäà èõ ìîæíî ïîïàðíî ñîåäèíèòü (êàê ïîêàçàíî íà ðèñ. 8.2, á ïóíêòèðîì). Ýòî íå âíåñåò íèêàêèõ èçìåíåíèé â ðàáîòó ñõåìû, òàê êàê òîêà â ïåðåìû÷êàõ ab è cd íå áóäåò, íî ñòàòîðíàÿ è ðîòîðíàÿ öåïè îêàæóòñÿ ýëåêòðè÷åñêè ñâÿçàííûìè. Ïî îáùåé äëÿ îáåèõ öåïåé âåòâè àb–cd áóäåò ïðîòåêàòü òîê: I& 0 = I&1 + I& 2 . ×òîáû óñòðàíèòü èç ñõåìû èíäóêòèâíóþ ñâÿçü îáìîòîê è ìàãíèòíûé ïîòîê Ô, íàäî, î÷åâèäíî, ìåæäó òî÷êàìè à è ñ âêëþ÷èòü ñîïðîòèâëåíèÿ xm è rm, âëèÿíèå êîòîðûõ íà ïðîöåññû â ñõåìå áûëî áû ýêâèâàëåíòíî âëèÿíèþ ìàãíèòíîãî ïîòîêà. 98 Ïðè ýòîì èíäóêòèâíîå ñîïðîòèâëåíèå xm áóäåò îïðåäåëÿòü ðåàêòèâíóþ ìîùíîñòü Q 0 = 3x m I 02 , (äëÿ âñåõ òðåõ ôàç äâèãàòåëÿ), íåîáõîäèìóþ äëÿ ñîçäàíèÿ ìàãíèòíîãî ïîòîêà F, à àêòèâíîå ñîïðîòèâëåíèå rm — àêòèâíóþ ìîùíîñòü Pñò = 3rm I 02 , ðàñõîäóåìóþ íà ïîêðûòèå ïîòåðü â ñòàëè äâèãàòåëÿ. Òàêèì îáðàçîì, ìû ïîëó÷èì ñõåìó (ñì. ðèñ. 8.2, â), êîòîðàÿ íàçûâàåòñÿ Ò-îáðàçíîé ñõåìîé çàìåùåíèÿ àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ. Íåòðóäíî çàìåòèòü, ÷òî Ò-îáðàçíàÿ ñõåìà çàìåùåíèÿ áóäåò ïîëíîñòüþ ñîîòâåòñòâîâàòü îñíîâíûì óðàâíåíèÿì (8.2), (8.4) è Ðèñ. 8.2. Ò-îáðàçíàÿ ñõåìà çàìåùåíèÿ àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ (8.5) àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ. Âåòâü àñ, ïî êîòîðîé ïðîòåêàåò òîê I0, íàçûâàåòñÿ íàìàãíè÷èâàþùåé âåòâüþ. Åñëè èçâåñòíû ïàðàìåòðû (ñîïðîòèâëåíèÿ) ñõåìû çàìåùåíèÿ, òî ïî çàäàííûì ñòàòîðíîìó íàïðÿæåíèþ U1 è ñêîëüæåíèþ s ìîæíî, èñïîëüçóÿ ìåòîäû ðàñ÷åòà öåïåé ïåðåìåííîãî òîêà (ðàññìîòðåííûå â êóðñå «Ýëåêòðè÷åñêèå è ìàãíèòíûå öåïè»), îïðåäåëèòü òîêè â îòäåëüíûõ âåòâÿõ ñõåìû, à ïî íèì — ñîîòâåòñòâóþùèå àêòèâíûå è ðåàêòèâíûå ìîùíîñòè. Ïàðàìåòðû ñõåìû çàìåùåíèÿ îïðåäåëÿþòñÿ îïûòíûì ïóòåì. 99 ÂÎÏÐÎÑÛ 8.4.1.1. Îïðåäåëèòå ïî òîêàì è ñîïðîòèâëåíèÿì ñõåìû çàìåùåíèÿ (ðèñ. 8.2, â) àêòèâíóþ è ðåàêòèâíóþ ìîùíîñòè, ïîòðåáëÿåìûå äâèãàòåëåì èç ñåòè ïðè ñêîëüæåíèè s, è êîýôôèöèåíò ìîùíîñòè äâèãàòåëÿ. 8.4.2. Ã-îáðàçíàÿ ñõåìà çàìåùåíèÿ Îäíàêî äëÿ èññëåäîâàíèÿ ðàáîòû äâèãàòåëÿ ÷àñòî óäîáíåå ïîëüçîâàòüñÿ òàê íàçûâàåìîé Ã-îáðàçíîé ñõåìîé çàìåùåíèÿ (ðèñ. 8.3). Îíà îáðàçóåòñÿ èç Ò-îáðàçíîé ñõåìû ïóòåì âûíåñåíèÿ íàìàãíè÷èâàþùåé âåòâè â íà÷àëî ñõåìû íà íàïðÿæåíèå U1. ×òîáû íàïðÿæåíèå íà ýòîé âåòâè ïî-ïðåæíåìó îñòàëîñü ðàâíûì E1, à òîê — I0, ïîñëåäîâàòåëüíî ñ íåé âêëþ÷àþòñÿ Ðèñ. 8.3. Ã-îáðàçíàÿ ñõåìà çàìåùåíèÿ àñèí- ñîïðîòèâëåíèÿ r1 è x1. õðîííîãî äâèãàòåëÿ Òîê I 2¢ â Ã-îáðàçíîé ñõåìå áóäåò íåñêîëüêî îòëè÷àòüñÿ îò ôàêòè÷åñêîãî, òàê êàê I 2¢ < I 1 è ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà ñîïðîòèâëåíèÿõ r1 è x1 â Ã-îáðàçíîé ñõåìå z 1 I 2¢ áóäåò ìåíüøå äåéñòâèòåëüíîãî z 1 I 1 . Ñëåäîâàòåëüíî, íàïðÿæåíèå íà ðîòîðíîé ÷àñòè ñõåìû (ìåæäó òî÷êàìè à è ñ) è ñîîòâåòñòâåííî òîê I 2¢ áóäóò íåñêîëüêî áîëüøå äåéñòâèòåëüíûõ. Îäíàêî ýòà ïîãðåøíîñòü íåâåëèêà è íå âíîñèò ñóùåñòâåííîãî èçìåíåíèÿ â ðàáîòó ñõåìû, èç Ã-îáðàçíîé ñõåìû ëåãêî îïðåäåëèòü òîê ðîòîðà ïî íàïðÿæåíèþ íà ñòàòîðå äâèãàòåëÿ: U1 . (8.13) I 2¢ = 2 æç ö 2 r2¢ ÷ ççr1 + ÷÷ + ( x1 + x ¢2 ) ÷ è sø Ëåêöèÿ 9 ÂÐÀÙÀÞÙÈÉ ÌÎÌÅÍÒ 9.1. Ýíåðãåòè÷åñêàÿ äèàãðàììà àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ Ýíåðãåòè÷åñêàÿ äèàãðàììà àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ (ðèñ. 9.1) äàåò íàãëÿäíîå ïðåäñòàâëåíèå î ïðîöåññå ïðåîáðàçîâàíèÿ â äâèãàòåëå ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè â ìåõàíè÷åñêóþ è ñâÿçàííûõ ñ ýòèì ïîòåðÿõ. Ê ñòàòîðó äâèãàòåëÿ èç ñåòè ïîäâîäèòñÿ ýëåêòðè÷åñêàÿ ìîùíîñòü Ðèñ. 9.1. Ýíåðãåòè÷åñêàÿ äèàãðàììà àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ P1 = 3U 1 I 1 cos j 1 . Íåáîëüøàÿ ÷àñòü ýòîé ìîùíîñòè ðàñõîäóåòñÿ íà ïîòåðè â îáìîòêå ñòàòîðà Pì 1 = 3r1 I 12 è íà ïîòåðè â ñòàëè ñòàòîðà Pñ 1 (íà ãèñòåðåçèñ è âèõðåâûå òîêè). Îñòàâøàÿñÿ ÷àñòü ìîùíîñòè ïåðåäàåòñÿ ÷åðåç ìàãíèòíîå ïîëå â âîçäóøíîì çàçîðå ñî ñòàòîðà íà ðîòîð è íàçûâàåòñÿ ïîýòîìó ýëåêòðîìàãíèòíîé ìîùíîñòüþ Pýì, Pýì = P1 - (Pì 1 + Pñ 1 ). Ýëåêòðîìàãíèòíàÿ ìîùíîñòü, ïåðåäàííàÿ íà ðîòîð (çà âû÷åòîì ïîòåðü â ðîòîðíîé îáìîòêå), 101 Pì 2 = 3r2¢ I 2¢ 2 , ïðåâðàùàåòñÿ â ìåõàíè÷åñêóþ ìîùíîñòü ðîòîðà p ìåõ = Pýì - Pì 2 . Íà ñõåìå çàìåùåíèÿ ìåõàíè÷åñêàÿ ìîùíîñòü ðîòîðà ñîîòâåòñòâóåò ýëåêòðè÷åñêîé ìîùíîñòè, òåðÿåìîé â ñîïðîòèâëåíèè 1- s ¢ r2 . ×àñòü ìåõàíè÷åñêîé ìîùíîñòè èäåò íà ïîêðûòèå ìåõàs íè÷åñêèõ ïîòåðü (íà òðåíèå è âåíòèëÿöèþ) pìåõ è òàê íàçûâàåìûõ äîáàâî÷íûõ ïîòåðü p ä . Âû÷èòàÿ ýòè ïîòåðè èç ìåõàíè÷åñêîé ìîùíîñòè, ïîëó÷àåì ïîëåçíóþ ìîùíîñòü, êîòîðóþ ðàçâèâàåò àñèíõðîííûé äâèãàòåëü íà âàëó: P2 = p ìåõ - ( p ìåõ + Pä ). Äîáàâî÷íûå ïîòåðè ïðåäñòàâëÿþò ñîáîþ ñóììó íåñêîëüêèõ âèäîâ ïîòåðü, ñëîæíûõ ïî ñâîåé ôèçè÷åñêîé ïðèðîäå (íàïðèìåð, ïîòåðè îò âûñøèõ ãàðìîíèê ìàãíèòíîãî ïîëÿ), òðóäíî ïîääàþùèõñÿ ðàñ÷åòó, íî âåñüìà íåçíà÷èòåëüíûõ ïî âåëè÷èíå. Ïîýòîìó îíè ïðèíèìàþòñÿ ðàâíûìè 0,5 % îò ïîòðåáëÿåìîé ìîùíîñòè P1: p ä = 0, 005P1 . Ïîòåðè â ñòàëè ðîòîðà â ýíåðãåòè÷åñêîé äèàãðàììå íå ó÷èòûâàþòñÿ, òàê êàê â îáû÷íûõ ðåæèìàõ ðàáîòû äâèãàòåëÿ ïðè ìàëûõ ñêîëüæåíèÿõ ÷àñòîòà ïåðåìàãíè÷èâàíèÿ ñòàëè ðîòîðà ìàëà è ïîòåðè â ñòàëè íè÷òîæíû. 9.1.1. Ñâÿçü ñêîëüæåíèÿ ñ ïîòåðÿìè â ðîòîðíîé öåïè Ýëåêòðîìàãíèòíóþ è ìåõàíè÷åñêóþ ìîùíîñòè ìîæíî ïðåäñòàâèòü òàê: Pýì = Mw 0 , ãäå Ì — ïîëíûé òàê íàçûâàåìûé ýëåêòðîìàãíèòíûé âðàùàþùèé ìîìåíò, ðàçâèâàåìûé ðîòîðîì; w 0 è w — óãëîâûå ñêîðîñòè âðàùàþùåãîñÿ ìàãíèòíîãî ïîëÿ è ðîòîðà, w0 = 102 2 pn 2 pn 0 ,w= . 60 60 Òîãäà ïîòåðè â îáìîòêå ðîòîðà Pì 2 = Pýì - Pìåõ = M (w 0 - w) w = Mw 0 s = sPýì . w0 (9.1) Ïîëó÷åíî âåñüìà âàæíîå ñîîòíîøåíèå, èç êîòîðîãî, â ÷àñòíîñòè, âèäíî, ÷òî ñêîëüæåíèå ïðè ðàáîòå äâèãàòåëÿ äîëæíî áûòü íåáîëüøèì, èíà÷å çíà÷èòåëüíàÿ ÷àñòü ìîùíîñòè, ïåðåäàííîé íà ðîòîð, ïîéäåò íà ïîòåðè â ðîòîðíîé öåïè. ÂÎÏÐÎÑÛ 9.1.1.1. Ìîùíîñòü, ïîòðåáëÿåìàÿ äâèãàòåëåì èç ñåòè, ðàâíà 5,3 êÂò, ñóììàðíûå ïîòåðè â ìåäè è ñòàëè ñòàòîðà — 0,3 êÂò, ïîòåðè â ðîòîðíîé öåïè — 0,25 êÂò. Ñ êàêèì ñêîëüæåíèåì ðàáîòàåò äâèãàòåëü? à) s = 3%; á) s = 5%. 9.1.1.2. Äâèãàòåëü ðàáîòàåò ïîî÷åðåäíî â äâóõ ðåæèìàõ, ïðè÷åì âî âòîðîì ðåæèìå ýëåêòðîìàãíèòíàÿ ìîùíîñòü áîëüøå ïî ñðàâíåíèþ ñ ïåðâûì ðåæèìîì â 1,5 ðàçà, à ïîòåðè ìîùíîñòè â ðîòîðå — â 1,8 ðàçà. Êàê ñîîòíîñÿòñÿ ñêîëüæåíèÿ â îáîèõ ðåæèìàõ? à) s1 = s 2 ; á) s1 > s 2 ; â) s1 < s 2 . 9.2. Âðàùàþùèé ìîìåíò 9.2.1. Ýëåêòðîìàãíèòíûé è ïîëåçíûé ìîìåíòû Ýëåêòðîìàãíèòíûé âðàùàþùèé ìîìåíò äâèãàòåëÿ M ñîñòîèò èç äâóõ ÷àñòåé: ïîëåçíîãî ìîìåíòà (ìîìåíòà íà âàëó) M2, ñîîòâåòñòâóþùåãî ïîëåçíîé ìîùíîñòè äâèãàòåëÿ, è ìîìåíòà ìåõàíè÷åñêèõ ïîòåðü M0, èäóùåãî íà ïðåîäîëåíèå ìåõàíè÷åñêèõ (è äîáàâî÷íûõ) ïîòåðü: M = M 2 + M 0. Îäíàêî M0 äëÿ ñîâðåìåííûõ äâèãàòåëåé íà øàðèêî- èëè ðîëèêîïîäøèïíèêàõ î÷åíü íåâåëèê, îí ñîñòàâëÿåò ïðèìåðíî 2–3 % îò íîìèíàëüíîãî ìîìåíòà. Ïîýòîìó â äàëüíåéøåì áóäåì ñ÷èòàòü, ÷òî ýëåêòðîìàãíèòíûé ìîìåíò ðàâåí ïîëåçíîìó ìîìåíòó äâèãàòåëÿ. 103 9.2.2. Çàâèñèìîñòü ìîìåíòà îò ñêîëüæåíèÿ Îïðåäåëèì âåëè÷èíó âðàùàþùåãî ìîìåíòà àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ. Èç óðàâíåíèÿ (9.1) èìååì M= Pì 2 3r ¢ I ¢ 2 = 2 2 . sw 0 sw 0 Ïîäñòàâëÿÿ ñþäà çíà÷åíèå I 2¢ ïî âûðàæåíèþ (8.13), ïîëó÷èì M= 3U 12 r2¢ s 2 éæ ù 2 r¢ ö w 0 êêççr1 + 2 ÷÷÷ + ( x1 + x ¢2 ) úú ç s ÷ø êëè úû . (9.2) Êàê âèäíî èç (9.2), ìîìåíò àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ íàõîäèòñÿ â äîâîëüíî ñëîæíîé çàâèñèìîñòè îò ñêîëüæåíèÿ. Ãðàôè÷åñêè çàâèñèìîñòü M = f ( s) ïîêàçàíà íà ðèñ. 9.2 (êðèâàÿ 1). Ðèñ. 9.2. Õàðàêòåðèñòèêà M = f (s) àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ Êàê âèäíî ïî êðèâîé 1, ñ ðîñòîì ñêîëüæåíèÿ ìîìåíò äâèãàòåëÿ ñíà÷àëà ðàñòåò, äîñòèãàåò íàèáîëüøåãî âîçìîæíîãî çíà÷åíèÿ Mê (ýòî çíà÷åíèå íàçûâàåòñÿ êðèòè÷åñêèì ìîìåíòîì), à çà104 òåì íà÷èíàåò óìåíüøàòüñÿ. Ðàáîòà äâèãàòåëÿ, êàê ïðàâèëî, ïðîòåêàåò íà íà÷àëüíîé, âîñõîäÿùåé (óñòîé÷èâîé) ÷àñòè êðèâîé.  îáëàñòè îòðèöàòåëüíûõ ñêîëüæåíèé ëåæèò ãåíåðàòîðíàÿ âåòâü õàðàêòåðèñòèêè ñ îòðèöàòåëüíûìè (òîðìîçíûìè) ìîìåíòàìè. Êðîìå òî÷êè, îïðåäåëÿþùåé êðèòè÷åñêèé ìîìåíò, íà êðèâîé ìîìåíòà íàäî îòìåòèòü åùå òî÷êó, ñîîòâåòñòâóþùóþ íîìèíàëüíîìó ìîìåíòó Míîì (ñêîëüæåíèå síîì), è òî÷êó, ñîîòâåòñòâóþùóþ ïóñêîâîìó ìîìåíòó Mï (ñêîëüæåíèå s = 1, 0). Íîìèíàëüíûé ìîìåíò ìîæíî îïðåäåëèòü, ïîäñòàâèâ â âûðàæåíèå (9.2) âìåñòî s íîìèíàëüíîå ñêîëüæåíèå síîì. Îäíàêî ïðîùå åãî íàõîäèòü ïî èçâåñòíîé ôîðìóëå ÷åðåç íîìèíàëüíûå ìîùíîñòü Píîì (â Âò) è ÷èñëî îáîðîòîâ â ìèíóòó níîì äâèãàòåëÿ: M íîì = 9,55 P2 íîì Í·ì. n íîì Ïóñêîâîé ìîìåíò ïîëó÷èì, ïîäñòàâèâ â (9.2) ñêîëüæåíèå s = 1, 0: 3U 12 r2¢ . M íîì = 2 2ù é w 0 ê(r1 + r2¢ ) + ( x1 + x 2¢ ) ú û ë ÂÎÏÐÎÑÛ 9.2.2.1. Êàê èçìåíèòñÿ âðàùàþùèé ìîìåíò äâèãàòåëÿ ïðè òîì æå ñêîëüæåíèè, åñëè óâåëè÷èòü àêòèâíîå ñîïðîòèâëåíèå ñòàòîðíîé îáìîòêè (U 1 = const è f 1 = const)? à) óìåíüøèòñÿ; á) óâåëè÷èòñÿ; â) íå èçìåíèòñÿ. 9.2.2.2. Êàê èçìåíèòñÿ âðàùàþùèé ìîìåíò äâèãàòåëÿ ïðè òîì æå ñêîëüæåíèè, åñëè óâåëè÷èëàñü ÷àñòîòà ñòàòîðíîãî òîêà (U 1 = const)? à) íå èçìåíèòñÿ; á) óâåëè÷èòñÿ; â) óìåíüøèòñÿ. 9.2.2.3. Íà íèñõîäÿùåé âåòâè õàðàêòåðèñòèêè M = f ( s), íàïðèìåð, â òî÷êå à (ñì. ðèñ. 9.2), óñòîé÷èâàÿ ðàáîòà äâèãàòåëÿ íåâîçìîæíà. Ïîêàæèòå, ÷òî äâèãàòåëü, ðàáîòàþùèé â ýòîé òî÷êå, 105 ëèáî îñòàíîâèòñÿ, ëèáî ïåðåéäåò â òî÷êó a1 âîñõîäÿùåé, óñòîé÷èâîé âåòâè õàðàêòåðèñòèêè. Óêàçàíèå. Ïðè óñòàíîâèâøåéñÿ ðàáîòå ìîìåíò ñîïðîòèâëåíèÿ, ïðèëîæåííûé ê âàëó äâèãàòåëÿ, è âðàùàþùèé ìîìåíò ñàìîãî äâèãàòåëÿ ðàâíû. Ïðè êîëåáàíèÿõ ìîìåíòà ñîïðîòèâëåíèÿ (íàãðóçêè) è ñâÿçàííûõ ñ ýòèì êîëåáàíèÿõ ñêîëüæåíèÿ èçìåíÿåòñÿ â ñîîòâåòñòâèè ñ õàðàêòåðèñòèêîé è âðàùàþùèé ìîìåíò äâèãàòåëÿ. 9.2.3. Êðèòè÷åñêèé ìîìåíò è êðèòè÷åñêîå ñêîëüæåíèå Äëÿ îïðåäåëåíèÿ êðèòè÷åñêîãî ìîìåíòà âîçüìåì ïåðâóþ ïðîèçâîäíóþ îò ìîìåíòà ïî ñêîëüæåíèþ (9.2) è ïðèðàâíÿåì åå íóëþ: dM = 0. ds Ðåøåíèå ïîëó÷åííîãî óðàâíåíèÿ äàåò êðèòè÷åñêîå ñêîëüæåíèå (ñêîëüæåíèå, ïðè êîòîðîì áóäåò êðèòè÷åñêèé ìîìåíò): sê = ± r2¢ r1¢ + ( x1 + x ¢2 ) 2 . (9.3) Çíàê «+» îáîçíà÷àåò êðèòè÷åñêîå ñêîëüæåíèå â äâèãàòåëüíîì ðåæèìå, çíàê «–» — â ãåíåðàòîðíîì ðåæèìå. Äëÿ ãðóáûõ, ïðèáëèæåííûõ ïîäñ÷åòîâ ìîæíî ïðåíåáðåãàòü àêòèâíûì ñîïðîòèâëåíèåì ñòàòîðíîé îáìîòêè r1, êîòîðîå âñåãäà çíà÷èòåëüíî ìåíüøå ñóììû x1 + x ¢2 . Òîãäà sê » ± r2¢ . x1 + x ¢2 (9.4) Ïîäñòàâëÿÿ çíà÷åíèå sê èç (7.3) â (7.2), ïîëó÷èì ïîñëå ñîîòâåòñòâóþùèõ ïðåîáðàçîâàíèé Mê = 106 3U 12 2 ù é 2w 0 êr1 ± r12 + ( x1 + x 2¢ ) ú êë úû . (9.5) Çíàê «+» â çíàìåíàòåëå äàåò Mê â äâèãàòåëüíîì ðåæèìå, çíàê «–» — â ãåíåðàòîðíîì. Îòíîøåíèå Mê l= M íîì íàçûâàåòñÿ ïåðåãðóçî÷íîé ñïîñîáíîñòüþ äâèãàòåëÿ. Îáû÷íî l = 2–3. ÂÎÏÐÎÑÛ 9.2.3.1. Îäèíàêîâû ëè êðèòè÷åñêèå ìîìåíòû â äâèãàòåëüíîì è ãåíåðàòîðíîì ðåæèìàõ? à) M êä = M êã ; á) M êä > M êã ; â) M êä < M êã . 9.2.3.2. Èçìåíèòñÿ ëè âåëè÷èíà êðèòè÷åñêîãî ìîìåíòà, åñëè â öåïü ñòàòîðà âêëþ÷èòü äîáàâî÷íîå èíäóêòèâíîå ñîïðîòèâëåíèå? à) óìåíüøèòñÿ; á) íå èçìåíèòñÿ; â) óâåëè÷èòñÿ. 9.2.4. Âëèÿíèå ïèòàþùåãî íàïðÿæåíèÿ íà âðàùàþùèé ìîìåíò äâèãàòåëÿ Îñîáî íàäî îòìåòèòü âëèÿíèå íàïðÿæåíèÿ íà äâèãàòåëå íà âðàùàþùèé ìîìåíò. Êàê âèäíî èç (9.2), âðàùàþùèé ìîìåíò ïðîïîðöèîíàëåí êâàäðàòó íàïðÿæåíèÿ, ò. å. àñèíõðîííûé äâèãàòåëü ÷óâñòâèòåëåí ê êîëåáàíèÿì íàïðÿæåíèÿ. Íà ðèñ. 9.2 êðèâàÿ 5 ïîêàçûâàåò çàâèñèìîñòü M = f ( s) ïðè ïîíèæåííîì íàïðÿæåíèè íà äâèãàòåëå. ÂÎÏÐÎÑÛ 9.2.4.1. ×òî èçìåíèòñÿ, åñëè óìåíüøèòñÿ íàïðÿæåíèå íà äâèãàòåëå, ðàáîòàþùåì ñ ïîñòîÿííûì ìîìåíòîì ñîïðîòèâëåíèÿ íà âàëó? 9.2.4.2 Êàê èçìåíèòñÿ ïåðåãðóçî÷íàÿ ñïîñîáíîñòü äâèãàòåëÿ ïðè U 1 = 0, 8U íîì ? à) íå èçìåíèòñÿ; á) óìåíüøèòñÿ íà 36 %; â) óìåíüøèòñÿ íà 20 %. 107 9.2.5. Âëèÿíèå àêòèâíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ ðîòîðíîé öåïè íà âðàùàþùèé ìîìåíò Ïðè óâåëè÷åíèè àêòèâíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ ðîòîðíîé öåïè (íàïðèìåð, ïðè âêëþ÷åíèè äîáàâî÷íîãî ñîïðîòèâëåíèÿ) êðèòè÷åñêîå ñêîëüæåíèå óâåëè÷èâàåòñÿ ñîãëàñíî (9.3) ïðîïîðöèîíàëüíî óâåëè÷åíèþ r2¢ . Êðèòè÷åñêèé æå ìîìåíò íå çàâèñèò îò ñîïðîòèâëåíèÿ ðîòîðà (9.4) è îñòàåòñÿ ïîñòîÿííûì. Êðèâûå M = f ( s) â ýòîì ñëó÷àå ðàñòÿíóòû òåì áîëüøå, ÷åì áîëüøå ñîïðîòèâëåíèå ðîòîðà (ñì. ðèñ. 9.2, êðèâûå 2, 3 è 4). ÂÎÏÐÎÑÛ Ðèñ. 9.3. Õàðàêòåðèñòèêè M = f (s) àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ 9.2.5.1. Óêàæèòå ïðàâèëüíîå ñîîòíîøåíèå U1 è r2¢ íà õàðàêòåðèñòèêàõ, ïîêàçàííûõ íà ðèñ. 9.3 (f1, x1, x¢ 2 è r1 ïîñòîÿííû). à) U 1A > U 1B > U 1C ; r2¢A < r2¢B < r2¢C ; á) U 1A > U 1B > U 1C ; r2¢A = r2¢B = r2¢C ; â) U 1A = U 1B = U 1C ; r2¢A < r2¢B < r2¢C . 9.2.6. Ìåõàíè÷åñêàÿ õàðàêòåðèñòèêà äâèãàòåëÿ ×àñòî çàâèñèìîñòü M = f ( s) ïåðåñ÷èòûâàþò â çàâèñèìîñòü n = f ( M ). Ãðàôè÷åñêàÿ çàâèñèìîñòü n = f ( M ) íàçûâàåòñÿ ìåõàíè÷åñêîé õàðàêòåðèñòèêîé. Íà ðèñ. 9.4 ïîêàçàíà òàê íàçûâàåìàÿ åñòåñòâåííàÿ ìåõàíè÷åñêàÿ õàðàêòåðèñòèêà, ò. å. õàðàêòåðèñòèêà äâèãàòåëÿ ïðè íîìèíàëüíîì íàïðÿæåíèè, íîìèíàëüíîé ÷àñòîòå ñòàòîðíîãî òîêà è ïðè îòñóòñòâèè äîáàâî÷íûõ ñîïðîòèâëåíèé êàê â ñòàòîðíîé, òàê è â ðîòîðíîé öåïÿõ. ÂÎÏÐÎÑÛ 9.2.6.1. Óêàæèòå ïðàâèëüíîå ñîîòíîøåíèå íàïðÿæåíèé íà äâèãàòåëå äëÿ ìåõàíè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê, ïîêàçàííûõ íà ðèñ. 9.5. à) U1A = U1B; á) U1A > U1B; â) U1A < U1B. 108 Ðèñ. 9.4. Ìåõàíè÷åñêàÿ õàðàêòåðèñòèêà àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ Ðèñ. 9.5. Ìåõàíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ 9.2.7. Ðàñ÷åòíàÿ ôîðìóëà âðàùàþùåãî ìîìåíòà Ôîðìóëà (9.2) âðàùàþùåãî ìîìåíòà, óäîáíàÿ âî ìíîãèõ îòíîøåíèÿõ, íå âñêðûâàåò ôèçè÷åñêîé ïðèðîäû ìîìåíòà. Âûâåäåì äðóãîé âèä ôîðìóëû ìîìåíòà äâèãàòåëÿ, ïîä÷åðêèâàþùèé ýòó ñòîðîíó âîïðîñà. Èç âåêòîðíîé äèàãðàììû (ñì. ðèñ. 8.1) èìååì r2¢ ¢ I 2 = E 1 cos y 2 . s (9.6) Òîãäà r2¢ ¢ 2 I2 I¢ M= s = 3 2 E 1 cos y 2 . w0 w0 3 Íî E 1 = 4, 44 f 1 w1K 01F, w0 = 2 pf 1 2 pn 0 . = 60 p Ïîäñòàâëÿÿ ýòè çíà÷åíèÿ E1 è w0 â (9.6), ïîëó÷èì M= 3 2 w1K 01 pFI 2¢ cos y 2 = c ì FI 2¢ cos y 2 , (9.7) 109 ãäå cì = 3 2 w1K 01 p. Èç (9.7) âèäíî, ÷òî âðàùàþùèé ìîìåíò îïðåäåëÿåòñÿ âåëè÷èíîé ìàãíèòíîãî ïîòîêà îäíîãî ïîëþñà è àêòèâíîé ñîñòàâëÿþùåé ðîòîðíîãî òîêà. Íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî ïðè ðàáîòå äâèãàòåëÿ íà åñòåñòâåííîé õàðàêòåðèñòèêå â ïðåäåëàõ îò õîëîñòîãî õîäà äî íîìèíàëüíîé íàãðóçêè óãîë y 2 î÷åíü ìàë, è cos y 2 áëèçîê ê åäèíèöå. ÂÎÏÐÎÑÛ 9.2.7.1. Êàê èçìåíèòñÿ àêòèâíàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ ðîòîðíîãî òîêà, åñëè óâåëè÷èòü íàïðÿæåíèå íà äâèãàòåëå ïðè ïîñòîÿííîì ìîìåíòå? à) îñòàíåòñÿ áåç èçìåíåíèÿ; á) óâåëè÷èòñÿ; â) óìåíüøèòñÿ. 9.2.7.2. ×åìó ðàâåí óãîë y 2 è ïî÷åìó îí ïðè íàãðóçêàõ, íå ïðåâûøàþùèõ çíà÷èòåëüíî íîìèíàëüíóþ, áûâàåò î÷åíü ìàë? 9.2.8. Óðàâíåíèå Êëîññà Ôîðìóëû âðàùàþùåãî ìîìåíòà (9.2) è (9.7), îïðåäåëÿþùèå îñíîâíûå çàêîíîìåðíîñòè, íåóäîáíû òåì, ÷òî òðåáóþò çíàíèÿ ðÿäà âåëè÷èí, êîòîðûå íå ïðèâîäÿòñÿ íè â êàòàëîãàõ, íè íà çàâîäñêîì ùèòêå äâèãàòåëÿ. Òàêèì îáðàçîì, âîçíèêàåò íåîáõîäèìîñòü â óäîáíîé äëÿ ïðàêòè÷åñêèõ ðàñ÷åòîâ ôîðìóëå âðàùàþùåãî ìîìåíòà, äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ êîòîðîé áûëî áû äîñòàòî÷íî íîìèíàëüíûõ äàííûõ äâèãàòåëÿ, ïðèâîäèìûõ â êàòàëîãàõ. Òàêàÿ ôîðìóëà ìîæåò áûòü ïîëó÷åíà ñëåäóþùèì ïóòåì. Ðàçäåëèâ ïî÷ëåííî (9.2) íà (9.5) è ñäåëàâ ñîîòâåòñòâóþùèå ïðåîáðàçîâàíèÿ, íàõîäèì òàê íàçûâàåìîå óðàâíåíèå Êëîññà: æ r ö 2çç1 + s ê 1 ÷÷÷ ç è r2¢ ÷ø M . = s s r Mê + ê + 2sê 1 sê s r¢ 2 110 (9.8) r1 , ÷òî íå äàñò çàìåòíîé ïîr2¢ ãðåøíîñòè â ðàñ÷åòàõ, òî ïîëó÷èì ïðîñòóþ è óäîáíóþ ôîðìóëó: Åñëè ïðåíåáðå÷ü âåëè÷èíîé s ê 2M ê , s sê + sê s M= (9.9) êîòîðàÿ íàçûâàåòñÿ ïðèáëèæåííûì óðàâíåíèåì Êëîññà. Çíà÷åíèå Mê îïðåäåëÿåòñÿ ïî ïåðåãðóçî÷íîé ñïîñîáíîñòè äâèãàòåëÿ l, êîòîðàÿ ïðèâîäèòñÿ â êàòàëîãàõ: M ê = lM íîì . Íîìèíàëüíûé ìîìåíò Míîì ëåãêî îïðåäåëèòü ïî íîìèíàëüíûì ìîùíîñòè P2íîì è ñêîðîñòè níîì äâèãàòåëÿ (ñì. ïîäðàçä. 9.2.2). Êðèòè÷åñêîå ñêîëüæåíèå sê îïðåäåëÿåòñÿ èç (9.9), åñëè íàïèñàòü ýòî óðàâíåíèå äëÿ íîìèíàëüíîãî ðåæèìà: M íîì = Îòñþäà 2lM íîì . s s íîì + s íîì s ( s ê = s íîì l + l 2 - 1ö÷÷ ø (âòîðîé êîðåíü ñî çíàêîì «–» ïåðåä ðàäèêàëîì îòáðàñûâàåòñÿ êàê íåðåàëüíûé). Îïðåäåëèâ Mê è sê, ìîæíî ëåãêî ïî (9.9) íàéòè ìîìåíò äâèãàòåëÿ ïî çàäàííîìó ñêîëüæåíèþ (ñêîðîñòè) èëè, íàîáîðîò, ñêîðîñòü ïî çàäàííîìó ìîìåíòó. Íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî ôîðìóëà Êëîññà (9.9) äëÿ êîðîòêîçàìêíóòûõ äâèãàòåëåé ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàíà ëèøü â ïðåäåëàõ ñêîëüæåíèé îò –sê äî +sê, òàê êàê ïðè áîëüøèõ ñêîëüæåíèÿõ ñîïðîòèâëåíèÿ ðîòîðà çàìåòíî èçìåíÿþòñÿ. ÂÎÏÐÎÑÛ 9.2.8.1. Îïðåäåëèòå ñêîðîñòü ðîòîðà äâèãàòåëÿ ïðè äâîéíîé ïåðåãðóçêå ïî ìîìåíòó. Äàííûå äâèãàòåëÿ: P2 íîì = 7 ,5 êÂò; n íîì = 720 îá/ìèí; l = 3. Ëåêöèÿ 10 ÏÓÑÊ È ÒÎÐÌÎÆÅÍÈÅ ÀÑÈÍÕÐÎÍÍÛÕ ÄÂÈÃÀÒÅËÅÉ 10.1. Ïóñê â õîä àñèíõðîííûõ äâèãàòåëåé Ïðè âêëþ÷åíèè â ñåòü àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ â ðîòîðíîé îáìîòêå âîçíèêàåò áîëüøîé òîê â ñâÿçè ñ òåì, ÷òî ïðè íåïîäâèæíîì äâèãàòåëå (s = 1, 0) ÝÄÑ ðîòîðà âî ìíîãî ðàç áîëüøå, ÷åì ïðè âðàùàþùåìñÿ ðîòîðå. Ñîîòâåòñòâåííî óâåëè÷èâàåòñÿ è òîê ñòàòîðíîé îáìîòêè, íåïîñðåäñòâåííî ñâÿçàííûé ñ ðîòîðíûì òîêîì, äîñòèãàÿ 5–7-êðàòíîãî çíà÷åíèÿ ïî îòíîøåíèþ ê íîìèíàëüíîìó òîêó.  òî æå âðåìÿ ïóñêîâîé ìîìåíò äâèãàòåëÿ (ñì. ðèñ. 9.2) íåâåëèê. Îò äâèãàòåëÿ æå äëÿ óìåíüøåíèÿ âðåìåíè ïóñêà òðåáóåòñÿ îáû÷íî áîëüøîé ïóñêîâîé ìîìåíò ïðè âîçìîæíî ìåíüøåì ïóñêîâîì òîêå. Äëÿ óäîâëåòâîðåíèÿ ýòèõ òðåáîâàíèé ïðèáåãàþò ê ñïåöèàëüíûì ñõåìàì ïóñêà àñèíõðîííûõ äâèãàòåëåé. 10.2. Ïóñê äâèãàòåëåé ñ ôàçíûì ðîòîðîì Ïóñê äâèãàòåëåé ñ ôàçíûì ðîòîðîì îñóùåñòâëÿåòñÿ ñ ïîìîùüþ ïóñêîâîãî ðåîñòàòà, âêëþ÷àåìîãî â öåïü ðîòîðà Ðèñ. 10.1. Ïóñê äâèãàòåëåé ñ ôàçíûì (ðèñ. 10.1). Ïóñêîâîé ðåîñòàò ðîòîðîì èìååò íåñêîëüêî ñåêöèé, êîòîðûå â ïðîöåññå ïóñêà îòêëþ÷àþòñÿ îäíà çà äðóãîé. Âåëè÷èíà ïóñêîâîãî ñîïðîòèâëåíèÿ âûáèðàåòñÿ îáû÷íî òàê, ÷òîáû íàèáîëüøèé ïóñêîâîé ìîìåíò ñîñòàâëÿë ïðèìåðíî 0,85Mê, à ïóñêîâîé òîê — (2–2,5)I1íîì. Âêëþ÷åíèå 112 ïóñêîâîãî ðåîñòàòà ñðàçó ðåøàåò îáå çàäà÷è ïðè ïóñêå: óìåíüøàåò ïóñêîâîé òîê è ïîâûøàåò ïóñêîâîé ìîìåíò (ñì. êðèâóþ 3 íà ðèñ. 9.2). ÂÎÏÐÎÑÛ 10.2.1. Ïî÷åìó ïî ìåðå ðàçãîíà ðîòîðà ïóñêîâîé òîê äâèãàòåëÿ óìåíüøàåòñÿ? à) ñ óìåíüøåíèåì ñêîëüæåíèÿ óâåëè÷èâàåòñÿ àêòèâíîå ñîïðîòèâëåíèå ðîòîðíîé îáìîòêè; á) ñ óìåíüøåíèåì ñêîëüæåíèÿ óìåíüøàåòñÿ ÝÄÑ ðîòîðà E2s. 10.2.2. Íàðèñóéòå ïðèìåðíóþ êðèâóþ èçìåíåíèÿ âðàùàþùåãî ìîìåíòà â çàâèñèìîñòè îò ñêîëüæåíèÿ ïðè ðåîñòàòíîì ïóñêå äâèãàòåëÿ â òðè ñòóïåíè, ñ÷èòàÿ, ÷òî â íà÷àëå êàæäîé ñòóïåíè äâèãàòåëü ðàçâèâàåò ìàêñèìàëüíûé ìîìåíò Mê, à â êîíöå ñòóïåíè (ïåðåä âûêëþ÷åíèåì ÷àñòè ïóñêîâîãî ñîïðîòèâëåíèÿ) — ìîìåíò 0,75Mê. 10.3. Ïóñê äâèãàòåëåé ñ êîðîòêîçàìêíóòûì ðîòîðîì 10.3.1. Ïðÿìîå âêëþ÷åíèå Ïóñê äâèãàòåëåé ñ êîðîòêîçàìêíóòûì ðîòîðîì ÷àùå âñåãî îñóùåñòâëÿåòñÿ ïðÿìûì âêëþ÷åíèåì â ñåòü.  äâèãàòåëÿõ ñòàðûõ ñåðèé ñ êðóãëûì ïàçîì ðîòîðà è êðóãëûì ñòåðæíåì ðîòîðíîé îáìîòêè ïóñêîâîé ìîìåíò áûë ìåíüøå íîìèíàëüíîãî ïðè 6–7-êðàòíîì ïóñêîâîì òîêå.  íàñòîÿùåå âðåìÿ êîðîòêîçàìêíóòûå äâèãàòåëè âûïîëíÿþòñÿ ñ ðîòîðàìè ñïåöèàëüíîé êîíñòðóêöèè, îáåñïå÷èâàþùèìè ïîíèæåííûé ïóñêîâîé òîê è ïîâûøåííûé ïóñêîâîé ìîìåíò (ñì. íèæå ïîäðàçä. 10.4). ÂÎÏÐÎÑÛ 10.3.1.1. ×åìó áóäåò ðàâíî ñêîëüæåíèå â êîíöå ïóñêà äâèãàòåëÿ ñ êîðîòêîçàìêíóòûì ðîòîðîì, õàðàêòåðèñòèêà êîòîðî- M íîì = f (s) Mê àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ Ðèñ. 10.2. Õàðàêòåðèñòèêà 113 ãî ïîêàçàíà íà ðèñ. 10.2? Íàãðóçêà íà âàëó äâèãàòåëÿ (ñòàòè÷åñêèé ìîìåíò) ðàâíà M ñ = 0, 3M ê . à) s = 0, 3; á) s = 0,1; â) s = 1, 0 (äâèãàòåëü ïðè çàäàííîé íàãðóçêå ïóñòèòü íåëüçÿ). 10.3.2. Ðåàêòîðíûé ïóñê Äëÿ êîðîòêîçàìêíóòûõ äâèãàòåëåé çíà÷èòåëüíîé ìîùíîñòè, ïóñêîâîé òîê êîòîðûõ ïðè ïðÿìîì âêëþ÷åíèè íåäîïóñòèì äëÿ ïèòàþùåé ñåòè, ïðèìåíÿþò ðåàêòîðíûé ïóñê (ðèñ. 10.3).  öåïü ñòàòîðà âêëþ÷àþòñÿ ðåàêòîðû (èíäóêòèâíûå ñîïðîòèâëåíèÿ) 3. Ïðè ïóñêå ñíà÷àëà çàìûêàþòñÿ êîíòàêòû ïóñêàòåëÿ 1 (êîíòàêòû ïóñêàòåëÿ 2 ðàçîìêíóòû). Ïðè ýòîì, ïðîõîäÿ ÷åðåç ðåàêòîðû, òîê ñòàòîðà âûçûâàåò Ðèñ. 10.3. Ðåàêòîðíûé ïóñê äâèãàòåëÿ â íèõ ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ, â ðåçóëüòàòå ÷åãî íà äâèãàòåëü ñ êîðîòêîçàìêíóòûì ðîòîðîì ïîäàåòñÿ ïîíèæåííîå íàïðÿæåíèå. Ïóñêîâîé òîê äâèãàòåëÿ âñëåäñòâèå ýòîãî áóäåò òàêæå ïîíèæåí. Ïî îêîí÷àíèè ïóñêà çàìûêàþòñÿ êîíòàêòû ïóñêàòåëÿ 2, øóíòèðóþùèå ðåàêòîðû, è íà äâèãàòåëü ïîäàåòñÿ ïîëíîå íàïðÿæåíèå. Ýòîò ñïîñîá ïóñêà èìååò òîò ñóùåñòâåííûé íåäîñòàòîê, ÷òî ïîíèæåííîå íàïðÿæåíèå íà äâèãàòåëå ïðè ïóñêå âëå÷åò çà ñîáîé ïîíèæåíèå ïóñêîâîãî ìîìåíòà. Ïîýòîìó ðåàêòîðíûé ïóñê ïðèìåíÿåòñÿ òîëüêî â òîì ñëó÷àå, åñëè íàãðóçêà íà äâèãàòåëü ïðè ïóñêå íåâåëèêà. ÂÎÏÐÎÑÛ 10.3.2.1. Äâèãàòåëü ñ êîðîòêîçàìêíóòûì ðîòîðîì èìååò ïðè ïóñêå ïîä íîìèíàëüíûì íàïðÿæåíèåì ïóñêîâîé ìîìåíò, ðàâíûé íîìèíàëüíîìó. ×åìó áóäåò ðàâåí ïóñêîâîé ìîìåíò ïðè ðåàêòîðíîì ïóñêå, åñëè â ðåàêòîðàõ òåðÿåòñÿ ïðè ïóñêå 25 % ïîäâåäåííîãî íàïðÿæåíèÿ? 114 à) M ï = M íîì ; á) M ï = 0, 75M íîì ; â) M ï = 0,56 M íîì . 10.3.3. Àâòîòðàíñôîðìàòîðíûé ïóñê Äëÿ ìîùíûõ äâèãàòåëåé, ïóñêàåìûõ ïîä íàãðóçêîé, ïðèìåíÿåòñÿ àâòîòðàíñôîðìàòîðíûé ïóñê, ïðè êîòîðîì íàïðÿæåíèå íà äâèãàòåëå ïðè ïóñêå ïîíèæàåòñÿ ñ ïîìîùüþ ïóñêîâîãî àâòîòðàíñôîðìàòîðà. Ïðè àâòîòðàíñôîðìàòîðíîì ïóñêå ñíèæåíèå ïóñêîâîãî ìîìåíòà ïðè òîì æå ñíèæåíèè ïóñêîâîãî òîêà, ïîòðåáëÿåìîãî èç ñåòè, áóäåò ìåíüøèì, ÷åì ïðè ðåàêòîðíîì. Îäíàêî ñòîèìîñòü îáîðóäîâàíèÿ ñèñòåìû àâòîòðàíñôîðìàòîðíîãî ïóñêà âåñüìà çíà÷èòåëüíà, è ïîýòîìó ýòîò ñïîñîá ïðèìåíÿåòñÿ ðåäêî. 10.4. Àñèíõðîííûå äâèãàòåëè ñ óëó÷øåííûìè ïóñêîâûìè õàðàêòåðèñòèêàìè 10.4.1. Äâèãàòåëü ñ äâóõêëåòî÷íûì ðîòîðîì Ê ÷èñëó äâèãàòåëåé ñ óëó÷øåííûìè ïóñêîâûìè õàðàêòåðèñòèêàìè îòíîñèòñÿ äâèãàòåëü ñ äâóõêëåòî÷íûì ðîòîðîì. Ïàç äâóõêëåòî÷íîãî ðîòîðà èìååò ôîðìó, ïîêàçàííóþ íà ðèñ. 10.4.  âåðõíèõ ÷àñòÿõ ïàçîâ íàõîäÿòñÿ ñòåðæíè ïóñêîâîé îáìîòêè 1, âûïîëíÿåìîé èç ìàòåðèàëà ñ ïîâûøåííûì àêòèâíûì ñîïðîòèâëåíèåì (ëàòóíü, áðîíçà), â íèæíèõ — ñòåðæíè ðàáî÷åé îáìîòêè 2, âûïîëíÿåìîé èç ìåäè. Ðàáî÷àÿ îáìîòêà, óòîïëåííàÿ ãëóáîêî â ñòàëè ðîòîðà, îáëàäàåò ïîâûøåííûì ìàãíèòíûì ðàññåÿíèåì, à ñëåäîâàòåëüíî, è ïîâûøåííîé èíäóêòèâíîñòüþ. Ïðè ïóñêå äâèãàòåëÿ, ïðè ñêîëüæåíèÿõ, áëèçêèõ ê åäèíèöå, ÷àñòîòà òîêà â ðîòîðå çíà÷èòåëüíà è èíäóêòèâíîå ñîïðîòèâëåíèå ðàáî÷åé îá- Ðèñ. 10.4. Ïàç äâóõêëåòî÷íîãî ðîòîðà 115 ìîòêè âåëèêî, à òîê â íåé íåâåëèê. Ìîìåíò ïðè ïóñêå ñîçäàåò, ãëàâíûì îáðàçîì, ïóñêîâàÿ îáìîòêà. Ïîñëå ðàçãîíà äâèãàòåëÿ ïðè ðàáîòå ñ ìàëûìè ñêîëüæåíèÿìè, êîãäà ÷àñòîòà òîêà â ðîòîðå ìàëà, âðàùàþùèé ìîìåíò ðàçâèâàåò óæå, â îñíîâíîì, ðàáî÷àÿ îáìîòêà. Ðèñ. 10.5. Õàðàêòåðèñòèêà M = f (s) Ýòî ïîêàçàíî íà ðèñ. 10.5, ãäå äâèãàòåëÿ ñ äâóõêëåòî÷íûì ðîòîðîì êðèâàÿ 1 äàåò M = f ( s) äëÿ ïóñêîâîé îáìîòêè, êðèâàÿ 2 — äëÿ ðàáî÷åé îáìîòêè, à êðèâàÿ 3 — ðåçóëüòèðóþùèé ìîìåíò äâóõêëåòî÷íîãî ðîòîðà. Äâèãàòåëè ñ äâóõêëåòî÷íûì ðîòîðîì èìåþò M ï = (1,2–2)Míîì è I ï = (1,2–2)I1íîì. Õîòÿ äâèãàòåëè ñ äâóõêëåòî÷íûì ðîòîðîì îáëàäàþò õîðîøèìè ïóñêîâûìè ñâîéñòâàìè, ñòîèìîñòü èõ çíà÷èòåëüíî âûøå ñòîèìîñòè îáû÷íûõ êîðîòêîçàìêíóòûõ äâèãàòåëåé. Ïîýòîìó îíè èñïîëüçóþòñÿ íå÷àñòî. ÂÎÏÐÎÑÛ 10.4.1.1. Ïî÷åìó ïóñêîâàÿ îáìîòêà äâóõêëåòî÷íîãî ðîòîðà âûïîëíÿåòñÿ èç ìàòåðèàëà ñ ïîâûøåííûì àêòèâíûì ñîïðîòèâëåíèåì? 10.4.2. Ãëóáîêîïàçíûé äâèãàòåëü Íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåííûì òèïîì êîðîòêîçàìêíóòîãî àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ â íàñòîÿùåå âðåìÿ ÿâëÿåòñÿ ãëóáîêîïàçíûé äâèãàòåëü. Ïàç ðîòîðà òàêîãî äâèãàòåëÿ èìååò ìàëóþ øèðèíó, íî áîëüøóþ ãëóáèíó (ðèñ. 10.6, a). Ñîîòâåòñòâóþùóþ ôîðìó èìååò è ñòåðæåíü ðîòîðíîé êëåòêè. Áóäåì ðàññìàòðèâàòü òàêîé ðîòîðíûé ïðîâîäíèê êàê ñîñòîÿùèé èç ðÿäà ñëîåâ, èç êîòîðûõ êàæäûé ñëîé ïðè ïðîòåêàíèè ïî íåìó òîêà ñîçäàåò ñâîé ïîòîê ðàññåÿíèÿ. Òîãäà íèæíèå ñëîè áóäóò îõâàòûâàòüñÿ ãîðàçäî áîëüøèì ïîòîêîì ðàññåÿíèÿ, ÷åì âåðõíèå (ñì. ðèñ. 10.6, à), è, ñëåäîâàòåëüíî, áóäóò èìåòü áîëüøîå èíäóêòèâíîå ñîïðîòèâëåíèå. Âñëåäñòâèå ýòîãî ïðè ïóñêå äâèãàòåëÿ, êîãäà ñêîëüæåíèå è ÷àñòîòà òîêà â ðîòîðå âåëèêè, òîê â íèæíèõ ñëîÿõ áóäåò çíà÷è116 òåëüíî ìåíüøå, ÷åì â âåðõíèõ. Îí âûòåñíÿåòñÿ â âåðõíèå ñëîè, ÷òî íàãëÿäíî ïîêàçûâàåò êðèâàÿ ðàñïðåäåëåíèÿ ïëîòíîñòè òîêà ïî âûñîòå ïðîâîäíèêà íà ðèñ. 10.6, á. (Ïëîòíîñòü òîêà — ýòî òîê íà åäèíèöó ïîâåðõíîñòè ïîïåðå÷íîãî ñå÷åÐèñ. 10.6. Ïàç ðîòîðà ãëóáîêîïàçíîãî íèÿ ïðîâîäíèêà.) Òàêèì îáðàäâèãàòåëÿ çîì, ïðè ïóñêå ðàáîòàåò íå âñå ñå÷åíèå ðîòîðíîãî ïðîâîäíèêà, à òîëüêî ÷àñòü åãî, ÷òî âåäåò ê ïîâûøåíèþ àêòèâíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ ðîòîðíîé îáìîòêè, à ñëåäîâàòåëüíî, è ïóñêîâîãî ìîìåíòà. Ïîñëå ðàçãîíà äâèãàòåëÿ ïðè ðàáîòå ñ ìàëûìè ñêîëüæåíèÿìè òîê ðàñïðåäåëÿåòñÿ ïî âñåìó ñå÷å- Ðèñ. 10.7. Ôîðìû ïàçîâ ðîòîðîâ ãëóáîêîïàçíûõ äâèãàòåëåé íèþ ðîòîðíîãî ïðîâîäíèêà ðàâíîìåðíî. Ïàçû ðîòîðîâ ãëóáîêîïàçíûõ äâèãàòåëåé âûïîëíÿþòñÿ íå òîëüêî ïðÿìîóãîëüíûìè. Ïðèìåíÿþòñÿ òàê íàçûâàåìûé áóòûëî÷íûé ïàç, òðàïåöåèäàëüíûé ïàç (ðèñ. 10.7) è ïàçû äðóãèõ, áîëåå ñëîæíûõ êîíôèãóðàöèé. Ãëóáîêîïàçíûå äâèãàòåëè äàþò M ï = (1,0–1,4)Míîì è I ï = (4,5–6)I1íîì. ÂÎÏÐÎÑÛ 10.4.2.1. Ïî÷åìó ïðè ìàëûõ ñêîëüæåíèÿõ òîê ðàñïðåäåëÿåòñÿ ðàâíîìåðíî ïî ñå÷åíèþ ðîòîðíîãî ïðîâîäíèêà? à) òîê ðîòîðà ïðè ìàëûõ ñêîëüæåíèÿõ çíà÷èòåëüíî ìåíüøå, ÷åì ïðè áîëüøèõ; á) ÷àñòîòà ðîòîðíîãî òîêà ïðè ìàëûõ ñêîëüæåíèÿõ ìàëà. 10.4.2.2. Ïðè êàêîé ôîðìå ïàçà ðîòîðà (ðèñ. 10.8) äâèãàòåëü äàåò íàèáîëüøèé ïóñêîâîé ìîìåíò (ïëîùàäü ñå÷åíèÿ ïàçà âî âñåõ ñëó÷àÿõ îäèíàêîâà)? 117 Ðèñ. 10.8. Âîçìîæíûå ôîðìû ïàçîâ ðîòîðà ãëóáîêîïàçíîãî äâèãàòåëÿ à) à; á) á; â) â. 10.5. Ðåâåðñèðîâàíèå àñèíõðîííûõ äâèãàòåëåé Ðèñ. 10.9. Ðåâåðñèðîâàíèå àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ Äëÿ ðåâåðñèðîâàíèÿ (èçìåíåíèÿ íàïðàâëåíèÿ âðàùåíèÿ) àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ äîñòàòî÷íî ïîìåíÿòü ìåñòàìè äâà ëþáûõ ëèíåéíûõ ïðîâîäà, ïèòàþùèõ ñòàòîðíóþ îáìîòêó (ðèñ. 10.9). Ïðè ýòîì èçìåíÿþòñÿ ïîðÿäîê ÷åðåäîâàíèÿ ôàç â ñòàòîðíîé îáìîòêå è íàïðàâëåíèå âðàùåíèÿ ìàãíèòíîãî ïîëÿ, à ñëåäîâàòåëüíî, è ðîòîð äâèãàòåëÿ áóäåò îáðàòíûì. ÂÎÏÐÎÑÛ 10.5.1. Ïðèíèìàÿ çà èñõîäíóþ ñõåìó à (ðèñ. 10.10, à), óêàæèòå, â êàêîé èç ïîñëåäóþùèõ ñõåì íàïðàâëåíèå âðàùåíèÿ äâèãàòåëÿ óêàçàíî íåâåðíî. à) á; á) â; â) ã. 10.6. Òîðìîæåíèå àñèíõðîííûõ äâèãàòåëåé Íåîáõîäèìîñòü â òîðìîæåíèè ýëåêòðè÷åñêèõ äâèãàòåëåé âîçíèêàåò îáû÷íî â äâóõ ñëó÷àÿõ: êîãäà íóæíà áûñòðàÿ îñòàíîâêà ðàáîòàþùåãî äâèãàòåëÿ è êîãäà òðåáóåòñÿ ïîääåðæèâàòü ïî118 Ðèñ. 10.10. Âîçìîæíûå ñõåìû âêëþ÷åíèÿ ñòàòîðà àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ ñòîÿííîé ñêîðîñòü äâèæåíèÿ ýëåêòðîïðèâîäà, äâèæóùåãîñÿ ïîä äåéñòâèåì àêòèâíûõ ñèë, âíåøíèõ ïî îòíîøåíèþ ê äâèãàòåëþ (íàïðèìåð, ñïóñê ãðóçà â ïîäúåìíî-òðàíñïîðòíûõ ìàøèíàõ, äâèæåíèå ïîåçäà ïîä óêëîí è ò. ï.). Ýëåêòðè÷åñêèì òîðìîæåíèåì íàçûâàåòñÿ òàêîé ðåæèì ðàáîòû äâèãàòåëÿ, êîãäà îí ðàçâèâàåò âðàùàþùèé ìîìåíò, íàïðàâëåííûé íàâñòðå÷ó äâèæåíèþ ðîòîðà (òîðìîçíîé ìîìåíò). Ñóùåñòâóþò òðè îñíîâíûõ ñïîñîáà ýëåêòðè÷åñêîãî òîðìîæåíèÿ: ãåíåðàòîðíîå, ïðîòèâîâêëþ÷åíèå è äèíàìè÷åñêîå. ÂÎÏÐÎÑÛ 10.6.1.  êàêèõ êâàäðàíòàõ ïëîñêîñòè êîîðäèíàòíûõ îñåé ìîãóò ðàñïîëàãàòüñÿ ìåõàíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè äâèãàòåëÿ â òîðìîçíûõ ðåæèìàõ? à) II è III; á) II è IV; â) III è IV. 10.6.1. Ãåíåðàòîðíîå ðåêóïåðàòèâíîå òîðìîæåíèå Ðåæèì ãåíåðàòîðíîãî òîðìîæåíèÿ ìîæíî ïîëó÷èòü, åñëè ïðèëîæèòü ê âàëó äâèãàòåëÿ âíåøíèé âðàùàþùèé ìîìåíò (íàïðèìåð, îò ïàäàþùåãî ãðóçà) è çà ñ÷åò ýòîãî ìîìåíòà óâåëè÷èòü ñêîðîñòü ðîòîðà äî âåëè÷èíû, ïðåâûøàþùåé ñêîðîñòü ìàãíèòíîãî ïîëÿ, n > n 0 . Ðîòîð ïðè ýòîì âðàùàåòñÿ â ñòîðîíó âðàùåíèÿ ïîëÿ. Òîãäà ñêîëüæåíèå ñòàíåò îòðèöàòåëüíûì. Íàïðàâëåíèå ïåðåìåùåíèÿ ðîòîðíûõ ïðîâîäíèêîâ îòíîñèòåëüíî ïîëÿ èçìåíèòñÿ íà îáðàòíîå. Âñëåäñòâèå ýòîãî èçìåíèò ñâîé çíàê ÝÄÑ ðîòî119 ðà E2s, àêòèâíàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ ðîòîðíîãî òîêà I2à, à ñëåäîâàòåëüíî, ñòàíåò îòðèöàòåëüíûì (òîðìîçíûì) è ìîìåíò äâèãàòåëÿ. Äâèãàòåëü áóäåò ðàáîòàòü ãåíåðàòîðîì, ïîòðåáëÿÿ ÷åðåç âàë ìåõàíè÷åñêóþ ýíåðãèþ è îòäàâàÿ (ðåêóïåðèðóÿ) â ñåòü ýëåêòðè÷åñêóþ. Ìåõàíè÷åñêàÿ õàðàêòåðèñòèêà äâèãàòåëÿ â ðåæèìå ãåíåðàòîðíîãî ïîêàçàíà íà Ðèñ. 10.11. Ìåõàíè÷åñêàÿ õàðàêòåðè- òîðìîæåíèÿ ñòèêà äâèãàòåëÿ ïðè ãåíåðàòîðíîì ðèñ. 10.11 âî II êâàäðàíòå. òîðìîæåíèè Ãåíåðàòîðíîå òîðìîæåíèå ÿâëÿåòñÿ ïðîñòûì, íàäåæíûì è ýêîíîìè÷åñêè âûãîäíûì âèäîì òîðìîæåíèÿ, íî îáëàäàåò ñóùåñòâåííûì íåäîñòàòêîì: òîðìîæåíèå ìîæåò îñóùåñòâëÿòüñÿ òîëüêî ïðè ñâåðõñèíõðîííûõ ñêîðîñòÿõ. ÂÎÏÐÎÑÛ 10.6.1.1. Íà ñõåìàõ ðèñ. 10.12 ïîêàçàíû íàïðàâëåíèÿ ìîìåíòà äâèãàòåëÿ M, ñêîðîñòè âðàùåíèÿ ìàãíèòíîãî ïîëÿ n0 è ñêîðîñòè âðàùåíèÿ ðîòîðà n, à òàêæå ñîîòíîøåíèå ìåæäó n0 è n. Óêàæèòå, êàêàÿ èç ýòèõ ñõåì ñîîòâåòñòâóåò ãåíåðàòîðíîìó ðåæèìó. à) à; á) á; â) â. 10.6.1.2. Ïîñòðîéòå ýíåðãåòè÷åñêóþ äèàãðàììó äëÿ ãåíåðàòîðíîãî ðåæèìà äâèãàòåëÿ. 10.6.2. Ïðîòèâîâêëþ÷åíèå Òîðìîæåíèå ïðîòèâîâêëþ÷åíèåì çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî äâèãàòåëü âêëþ÷àåòñÿ â îäíîì íàïðàâëåíèè, à ðîòîð äâèãàòåëÿ ïðèíóäèòåëüíî âðàùàåòñÿ â îáðàòíîì íàïðàâëåíèè (íàïðèìåð, çà ñ÷åò êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèè äâèæóùèõñÿ ÷àñòåé ïðèâîäà ïðè îñòàíîâêå äâèãàòåëÿ èëè çà ñ÷åò ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèè ïàäàþùåãî ãðóçà â ïîäúåìíûõ ìàøèíàõ). Òàêèì îáðàçîì, ïðè ïðîòèâîâêëþ÷åíèè ìàãíèòíîå ïîëå è ðîòîð âðàùàþòñÿ â ðàçíûõ íàïðàâëåíèÿõ, ñêîðîñòü ðîòîðà îòðèöàòåëüíàÿ, à ñêîëüæåíèå áóäåò ðàâíî 120 Ðèñ. 10.12. Âîçìîæíûå ðåæèìû ðàáîòû àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ s= n 0 - (-n ) n 0 + n . = n0 n0 Ïðè ýòîì ÝÄÑ ðîòîðà E2s áóäåò áîëüøå ÝÄÑ íåïîäâèæíîãî ðîòîðà. Ñîîòâåòñòâåííî âîçðàñòóò è òîêè â îáìîòêàõ äâèãàòåëÿ, äîñòèãàÿ íåäîïóñòèìî áîëüøèõ çíà÷åíèé. Ïîýòîìó â äâèãàòåëÿõ ñ ôàçíûì ðîòîðîì ïðè ïðîòèâîâêëþ÷åíèè â ðîòîðíóþ öåïü âêëþ÷àåòñÿ äîáàâî÷íîå òîðìîçíîå ñîïðîòèâëåíèå, îãðàíè÷èâàþùåå òîêè äâèãàòåëÿ. Äëÿ äâèãàòåëåé ñ êîðîòêîçàìêíóòûì ðîòîðîì ýòîò ðåæèì ìîæåò áûòü äîïóùåí òîëüêî äëÿ áûñòðîé îñòàíîâêè äâèãàòåëÿ â òå÷åíèå î÷åíü êîðîòêîãî âðåìåíè.  ðåæèìå ïðîòèâîâêëþ÷åíèÿ äâèãàòåëü ïèòàåòñÿ è ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèåé èç ñåòè ÷åðåç ñòàòîð, è ìåõàíè÷åñêîé ýíåðãèåé ÷åðåç âàë äâèãàòåëÿ. Âñÿ ýòà ýíåðãèÿ ïðåâðàùàåòñÿ â ïîòåðè â äâèãàòåëå, ãëàâíûì îáðàçîì â åãî ðîòîðíîé öåïè. Ïîýòîìó ýòîò ðåæèì î÷åíü íåâûãîäåí ñ òî÷êè çðåíèÿ ðàñõîäà ýíåðãèè è îïàñåí èç-çà íàãðåâà äâèãàòåëÿ. Ìåõàíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ïðè òîðìîæåíèè ïðîòèâîâêëþ÷åíèåì ðàñïîëîæåíû â IV êâàäðàíòå (ìîìåíò ïîëîæèòåëåí, ñêîðîñòü îòðèöàòåëüíà). Íà ðèñ. 10.13 ïîêàçàí ðÿä òàêèõ õàðàêòåðèñòèê äëÿ ðàçëè÷íûõ òîðìîçíûõ ñîïðîòèâëåíèé. Íåñìîòðÿ íà îòìå÷åííûå âûøå îòðèöàòåëüíûå ñòîðîíû, òîðìîæåíèå ïðîòèâîâêëþ÷åíèåì âñòðå÷àåòñÿ ÷àñòî ââèäó åãî ïðîñòîòû è óäîáñòâà. 121 ÂÎÏÐÎÑÛ Ðèñ. 10.13. Ìåõàíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè äâèãàòåëÿ ïðè òîðìîæåíèè ïðîòèâîâêëþ÷åíèåì 10.6.2.1. ×åòûðåõïîëþñíûé äâèãàòåëü ( f 1 = 50 Ãö) ðàáîòàåò â ðåæèìå ïðîòèâîâêëþ÷åíèÿ ñî ñêîðîñòüþ 500 îá/ìèí. ×åìó ðàâíî ñêîëüæåíèå? à) s = 1,5; á) s = 1, 33; â) s = 0, 67. 10.6.2.2. Ìîæíî ëè ïîëó÷èòü òîðìîçíîé ìîìåíò ïðè íåïîäâèæíîì ðîòîðå? à) ìîæíî; á) íåëüçÿ. 10.6.2.3. ×òî íàäî ñäåëàòü, ÷òîáû ïîëó÷èòü òîò æå òîðìîçíîé ìîìåíò, íî ïðè ìåíüøåé ñêîðîñòè? à) óìåíüøèòü íàïðÿæåíèå íà ñòàòîðå; á) óâåëè÷èòü òîðìîçíîå ñîïðîòèâëåíèå; â) óìåíüøèòü òîðìîçíîå ñîïðîòèâëåíèå. 10.6.3. Äèíàìè÷åñêîå òîðìîæåíèå Ïðè äèíàìè÷åñêîì òîðìîæåíèè ñòàòîðíàÿ îáìîòêà äâèãàòåëÿ îòêëþ÷àåòñÿ îò ñåòè ïåðåìåííîãî òîêà è ïîäêëþ÷àåòñÿ ê èñòî÷íèêó ïîñòîÿííîãî òîêà (ðèñ. 10.14). Ïîñòîÿííûé òîê, ïðîòåêàÿ ïî îáìîòêå ñòàòîðà, ñîçäàåò â äâèãàòåëå ïîñòîÿííîå íåïîäâèæíîå ìàãíèòíîå ïîëå. Ïðè âðàùåíèè ðîòîðà â ýòîì ïîëå ïîä äåéñòâèåì âíåøíåãî ìîìåíòà â ðîòîðíîé îáìîòêå, çàìêíóòîé íà òîðìîçíîå ñîïðîòèâëåíèå, èíäóêòèðóåòñÿ ÝÄÑ è ïîÿâëÿåòñÿ òîê.  ðåçóëüòàòå âçàèìîäåéñòâèÿ ðîòîðíîãî òîêà è ìàãíèòíîãî ïîëÿ íà ðîòîðå ñîçäàåòñÿ òîðìîçíîé ìîìåíò. Õàðàêòåðèñòèêè äèíàìè÷åñêîãî òîðìîæåíèÿ äëÿ ðàçëè÷íûõ òîðìîçíûõ ñîïðîòèâëåíèé ïîêàçàíû íà ðèñ. 10.15. Äèíàìè÷åñêîå òîðìîæåíèå 122 Ðèñ. 10.14. Ñõåìà äèíàìè÷åñêîãî òîðìîæåíèÿ àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ Ðèñ. 10.15. Ìåõàíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè äâèãàòåëÿ ïðè äèíàìè÷åñêîì òîðìîæåíèè îáåñïå÷èâàåò íåïëîõèå òîðìîçíûå õàðàêòåðèñòèêè, ýêîíîìè÷íî ñ òî÷êè çðåíèÿ ðàñõîäà ýíåðãèè, íî òðåáóåò ñïåöèàëüíîãî îáîðóäîâàíèÿ (èñòî÷íèê ïîñòîÿííîãî òîêà íåñòàíäàðòíîãî íàïðÿæåíèÿ), ÷òî ïîâûøàåò ñòîèìîñòü óñòàíîâêè. Ïîýòîìó äèíàìè÷åñêîå òîðìîæåíèå ïðèìåíÿåòñÿ ãëàâíûì îáðàçîì äëÿ ìîùíûõ äâèãàòåëåé. ÂÎÏÐÎÑÛ 10.6.3.1. ×òî íàäî ñäåëàòü, ÷òîáû ïîëó÷èòü ïðè òîé æå ñêîðîñòè ìåíüøèé òîðìîçíîé ìîìåíò? à) óâåëè÷èòü òîðìîçíîå ñîïðîòèâëåíèå; á) óìåíüøèòü òîðìîçíîå ñîïðîòèâëåíèå. 10.6.3.2. Êàê èçìåíÿòñÿ ìåõàíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè äâèãàòåëÿ ïðè äèíàìè÷åñêîì òîðìîæåíèè, åñëè óâåëè÷èòü ïîñòîÿííûé òîê â ñòàòîðíîé îáìîòêå? Ëåêöèÿ 11 ÐÅÃÓËÈÐÎÂÀÍÈÅ ÑÊÎÐÎÑÒÈ 11.1. Ðåãóëèðîâàíèå ñêîðîñòè àñèíõðîííûõ äâèãàòåëåé Õîòÿ ïî ñâîèì ðåãóëèðîâî÷íûì ñâîéñòâàì àñèíõðîííûé äâèãàòåëü óñòóïàåò äâèãàòåëþ ïîñòîÿííîãî òîêà, âñå æå ñóùåñòâóåò ðÿä ñïîñîáîâ ðåãóëèðîâàíèÿ åãî ñêîðîñòè. Èç (6.2) è (7.9) âèäíî, ÷òî 60 f 1 n= (1 - s). p Ñëåäîâàòåëüíî, ñêîðîñòü àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ ìîæíî ðåãóëèðîâàòü èçìåíåíèåì ñêîëüæåíèÿ (ðåîñòàòíîå ðåãóëèðîâàíèå), èçìåíåíèåì ÷èñëà ïàð ïîëþñîâ è èçìåíåíèåì ÷àñòîòû ñòàòîðíîãî òîêà (÷àñòîòíîå ðåãóëèðîâàíèå). 11.1.1. Ðåîñòàòíîå ðåãóëèðîâàíèå Ðåîñòàòíîå ðåãóëèðîâàíèå øèðîêî ïðèìåíÿåòñÿ äëÿ äâèãàòåëåé ñ ôàçíûì ðîòîðîì. Îíî îñóùåñòâëÿåòñÿ ïóòåì âêëþ÷åíèÿ â öåïü ðîòîðà äîáàâî÷íîãî ñîïðîòèâëåíèÿ (ðåãóëèðîâî÷íîãî ðåîñòàòà). Ðåãóëèðîâî÷íûé ðåîñòàò âêëþ÷àåòñÿ òàê æå, êàê è ïóñêîâîé (ñì. ðèñ. 10.1), îí äîëæåí áûòü ðàññ÷èòàí íà äëèòåëüíóþ ðàáîòó. Ïî ìåðå óâåëè÷åíèÿ äîáàâî÷íîãî ñîïðîòèâëåíèÿ ñêîðîñòü äâèãàòåëÿ ïðè òîé æå íàãðóçêå óìåíüøàåòñÿ. Íà ðèñ. 11.1 ïîêàçàíî ñåìåéñòâî ðåãóëèðîâî÷íûõ ðåîñòàòíûõ õàðàêòåðèñòèê, ñîîòâåòñòâóþùèõ ðàçëè÷íûì ñîïðîòèâëåíèÿì ðîòîðíîé öåïè. Âñå õàðàêòåðèñòèêè ñõîäÿòñÿ â îäíîé òî÷êå n0, òàê êàê ñêîðîñòü âðàùåíèÿ ìàãíèòíîãî ïîëÿ îñòàåòñÿ íåèçìåí124 íîé, è ðåãóëèðîâàíèå îñóùåñòâëÿåòñÿ çà ñ÷åò óâåëè÷åíèÿ ñêîëüæåíèÿ. Ýòî îáóñëàâëèâàåò äâà êðóïíûõ íåäîñòàòêà òàêîé ñèñòåìû ðåãóëèðîâàíèÿ: âî-ïåðâûõ, çíà÷èòåëüíûå ïîòåðè ýíåðãèè â ðîòîðíîé öåïè (â ðåãóëèðîâî÷íîì ðåîñòàòå), ñâÿçàííûå ñ áîëüøèì ñêîëüæåíèåì, à âî-âòîðûõ, ñóæåíèå äèàïàçîíà ðåãóëèðîâàíèÿ ïî Ðèñ. 11.1. Ðåãóëèðîâî÷íûå õàðàêòåðèìåðå óìåíüøåíèÿ íàãðóçêè. ñòèêè ïðè ðåîñòàòíîì ðåãóëèðîâàíèè Äëÿ óñòðàíåíèÿ ýòèõ íåäîñòàòêîâ, î÷åâèäíî, íàäî ðåãóëèðîâàòü ñêîðîñòü âðàùåíèÿ ìàãíèòíîãî ïîëÿ n0, íå ìåíÿÿ çíà÷èòåëüíî ñêîëüæåíèÿ. ÂÎÏÐÎÑÛ 11.1.1.1. Îáúÿñíèòå, â ðåçóëüòàòå êàêèõ ÿâëåíèé â ðîòîðíîé öåïè ïðè âêëþ÷åíèè äîáàâî÷íîãî ñîïðîòèâëåíèÿ â ðîòîð ñêîðîñòü äâèãàòåëÿ ïðè òîì æå âðàùàþùåì ìîìåíòå óìåíüøàåòñÿ. r 11.1.1.2. Êàê èçìåíÿåòñÿ îòíîøåíèå 2 ïðè âêëþ÷åíèè äîáàs âî÷íîãî ñîïðîòèâëåíèÿ â ðîòîð ïðè ðåîñòàòíîì ðåãóëèðîâàíèè? r r + räîá à) 2 > 2 ; s1 s2 á) r2 r2 + räîá ; = s1 s2 â) r2 r2 + räîá < s1 s2 (s1 è s2 — ñêîëüæåíèÿ ñîîòâåòñòâåííî íà åñòåñòâåííîé è ðåîñòàòíîé õàðàêòåðèñòèêå ïðè îäíîì è òîì æå ìîìåíòå). 11.1.1.3. Êàêàÿ èç ðàññìîòðåííûõ ðàíåå ôîðìóë ïîäòâåðæäàåò íåèçáåæíîñòü áîëüøèõ ïîòåðü ìîùíîñòè â ðîòîðíîé öåïè ïðè ðåîñòàòíîì ðåãóëèðîâàíèè? 125 11.1.2. Ðåãóëèðîâàíèå ñêîðîñòè èçìåíåíèåì ÷èñëà ïîëþñîâ Ïðèíöèï èçìåíåíèÿ ÷èñëà ïîëþñîâ ïðè ðàáîòå äâèãàòåëÿ ìîæíî ñõåìàòè÷åñêè ïðåäñòàâèòü ñåáå ñëåäóþùèì îáðàçîì. Áóäåì ñ÷èòàòü, ÷òî ôàçà ñòàòîðíîé îáìîòêè ñîñòîèò èç äâóõ êàòóøåê. Ïðè ïîñëåäîâàòåëüíîì ñîåäèíåíèè ýòèõ êàòóøåê (ðèñ. 11.2, à) ìû áóäåì èìåòü 4 ïîëþñà ( p = 2), ïðè ïàðàëëåëüíîì (ðèñ. 11.2, á) — 2 ïîëþñà ( p = 1), òàê êàê â ïðîìåæóòêàõ ìåæäó ïðîâîäàìè ñ îäèíàêîâûì íàïðàâëåíèåì òîêà ìàãíèòíîãî ïîëÿ íå áóäåò. Òàêèì îáðàçîì, äåëàÿ äîïîëíèòåëüíûé âûâîä îò ñåðåäèíû êàæäîé ôàçû ñòàòîðíîé îáìîòêè è ñîåäèíÿÿ ïîëîâèíû Ðèñ. 11.2. Èçìåíåíèå ÷èñëà ïîëþñîâ äâèãàòåëÿ ïåðåêëþ÷åíèåì ñòàòîðíîé ôàçíûõ îáìîòîê òî ïîñëåäîâàîáìîòêè òåëüíî (ðèñ. 11.3, à), òî ïàðàëëåëüíî (ðèñ. 11.3, á), áóäåì ïîëó÷àòü ðàçëè÷íûå ÷èñëà ïîëþñîâ. Õàðàêòåðèñòèêè äâèãàòåëÿ ïðè òàêîì ñïîñîáå ðåãóëèðîâàíèÿ ïîêàçàíû íà ðèñ. 11.4. Äâèãàòåëè ïîäîáíîãî òèïà âûïîëíÿþòñÿ äâóõ-, òðåõ- è ÷åòûðåõñêîðîñòíûìè. Òðåõ- è ÷åòûðåõñêîðîñòíûå äâèãàòåëè èìåþò äâå ñòàòîðíûõ îáìîòêè, êàæäàÿ íà îäíó èëè äâå ñêîðîñòè. Ðåãóëèðîâàíèå èçìåíåíèåì ÷èñëà ïîëþñîâ ýêîíîìè÷íî ïî ðàñõîäó ýíåðãèè, íî ãàáàðèòû, âåñ è ñòîèìîñòü ìíîãîñêîðîñòíîãî äâèãàòåëÿ âûøå, ÷åì îáû÷íîãî êîðîòêîçàìêíóòîãî. Êðîìå òîãî, ÷èñëî ñòóïåíåé ïðè ðåãóëèðîâàíèè ìàëî. Ðåãóëèðîâàíèå ýòèì ñïîñîáîì ïðèìåíÿåòñÿ òîëüêî äëÿ äâèãàòåëåé ñ êîðîòêîçàìêíóòûì ðîòîðîì, òàê êàê ïðè ôàçíîì ðîòîðå ïîòðåáîâàëîñü áû ïåðåêëþ÷àòü è ðîòîðíóþ îáìîòêó, ÷òî ñëèøêîì ñëîæíî. 126 Ðèñ. 11.3. Ñõåìà ïåðåêëþ÷åíèÿ òðåõôàçíîé ñòàòîðíîé îáìîòêè íà äðóãîå ÷èñëî ïîëþñîâ ÂÎÏÐÎÑÛ 11.1.2.1. Ïî÷åìó â òîé çîíå ñòàòîðà, êîòîðàÿ íàõîäèòñÿ ìåæäó ïðîâîäíèêàìè ñ îäèíàêîâûì íàïðàâëåíèåì òîêà (ñì. ðèñ. 11.2), íåò ìàãíèòíîãî ïîëÿ? 11.1.3. ×àñòîòíîå ðåãóëèðîâàíèå Ðåãóëèðîâàíèå ñêîðîñòè àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ èçìåíåíèåì ÷àñòîòû ñòàòîðíîãî òîêà òðåáóåò ïèòàíèÿ äâèãàòåëÿ ÷åðåç ñïåöèàëüíûé ïðåîáðàçîâàòåëü ÷àñòîòû, ïîçâîëÿþùèé èçìåíÿòü ÷àñòîòó ïëàâíî. Ïðè òàêîì èçìåíåíèè ïîëó÷àåòñÿ ðÿä ðåãóëèðîâî÷íûõ õàðàêòåðèñòèê, ïîêàçàííûõ íà ðèñ. 11.5. Íåîáõîäèìî îòìåÐèñ. 11.4. Ðåãóëèðîâî÷íûå õàðàêòåðèòèòü, ÷òî ïðè ýòîì, íàðÿäó ñ èç- ñòèêè àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ ïðè ìåíåíèåì ÷àñòîòû, ïðèõîäèòñÿ ðåãóëèðîâàíèè èçìåíåíèåì ÷èñëà ïîëþñîâ ïðîïîðöèîíàëüíî ÷àñòîòå èçìåíÿòü è íàïðÿæåíèå, òàê, ÷òîáû U1 = const. f1 127 Ýòî îáúÿñíÿåòñÿ ñëåäóþùèìè ïðè÷èíàìè. Ïîñêîëüêó â óðàâíåíèè íàïðÿæåíèé ñòàòîðíîé öåïè (8.3) âåëè÷èíà ïàäåíèÿ íàïðÿæåíèÿ z1I1 âåñüìà íåâåëèêà ïî ñðàâíåíèþ ñ âåëè÷èíîé ÝÄÑ E1, òî ìîæíî ñ÷èòàòü U 1 » E 1 = 4, 44 f 1 w1K 01F. Îòñþäà âèäíî, ÷òî ñ èçìåíåíèåì ÷àñòîòû ïðè ïîñòîÿííîì íàïðÿæåíèè ñîîòâåòñòâåííî áóäåò èçìåíÿòüñÿ è ìàãíèòíûé ïîòîê. Ñ óìåíüøåíèåì ÷àñòîòû ïîòîê áóäåò âîçðàñòàòü, ÷òî ïîâëå÷åò çà ñîáîé óâåëè÷åíèå ïîòåðü â ñòàëè, ïîâûøåíèå íàìàãíè÷èâàþùåãî òîêà è óõóäøåíèå cos j äâèãàòåëÿ. Óâåëè÷åíèå ÷àñòîòû è óìåíüøåíèå ïîòîêà ñíèçèò ïåðåãðóçî÷íóþ ñïîñîáíîñòü, à ñëåäîâàòåëüíî, è íàäåæíîñòü ðàáîòû äâèãàòåëÿ. Ïîýòîìó äëÿ ïîääåðæàíèÿ ïðèìåðíî ïîñòîÿííûì ìàãíèòíîãî ïîòîêà Ô ïðèõîäèòñÿ îäíîâðåìåííî ñ ÷àñòîòîé ðåãóëèðîâàòü è íàïðÿæåíèå U1. ×àñòîòíîå ðåãóëèðîâàíèå âåñüìà ýêîíîìè÷íî è äàåò õîðîøèå ðåãóëèðîâî÷íûå õàðàêòåðèñòèêè, íî øèðîêîå ïðèìåíåíèå åãî çàäåðæèâàëîñü èç-çà îòñóòñòâèÿ íàäåæíûõ, äîñòàòî÷íî ïðîñòûõ è íåäîðîãèõ ïðåîáðàçîâàòåëåé ÷àñòîòû.  íàñòîÿùåå âðåìÿ â ñâÿçè ñ ïîÿâëåíèåì ïîëóïðîâîäíèêîâûõ òèðèñòîðíûõ ïðåîáðàçîâàòåëåé ÷àñòîòû ýòîò ñïîñîá ðåãóëèðîâàíèÿ ñòàíîâèòñÿ âåñüìà ïåðñïåêòèâíûì. ÂÎÏÐÎÑÛ Ðèñ. 11.5. Ðåãóëèðîâî÷íûå õàðàêòåðèñòèêè àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ ïðè ðåãóëèðîâàíèè ÷àñòîòîé 11.1.3.1. Ïî÷åìó êðèòè÷åñêèé ìîìåíò äâèãàòåëÿ Mê íåñêîëüêî ñíèæàåòñÿ ïî ìåðå óìåíüøåíèÿ ÷àñòîòû (ñì. ðèñ. 11.5)? Óêàçàíèå: èñïîëüçóéòå ôîðìóëó (9.5). 11.1.3.2. Êàê èçìåíèòñÿ àêòèâíûé òîê ðîòîðà I 2 cos y 2 ïðè òîì æå âðàùàþùåì ìîìåíòå äâèãàòåëÿ, åñëè óâåëè÷èòü ÷àñòîòó f1 ïðè U 1 = const? à) óâåëè÷èòñÿ; á) íå èçìåíèòñÿ; â) óìåíüøèòñÿ. 128 11.2. Ýíåðãåòè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ 11.2.1. Êîýôôèöèåíò ïîëåçíîãî äåéñòâèÿ Êîýôôèöèåíò ïîëåçíîãî äåéñòâèÿ àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ h= P2 P2 = P1 P2 + DP îïðåäåëÿåòñÿ ñóììàðíûìè ïîòåðÿìè ìîùíîñòè â äâèãàòåëå DP. Âèäû ýòèõ ïîòåðü ðàññìîòðåíû â ïîäðàçä. 9.1 ïðè îïèñàíèè ýíåðãåòè÷åñêîé äèàãðàììû äâèãàòåëÿ. Âåëè÷èíà íîìèíàëüíîãî ÊÏÄ çàâèñèò ïðåæäå âñåãî îò íîìèíàëüíîé ìîùíîñòè äâèãàòåëÿ. Äëÿ äâèãàòåëåé ìàëîé ìîùíîñòè îí ðàâåí ~0,7, à äëÿ ìîùíûõ äâèãàòåëåé äîõîäèò äî 0,96. Âëèÿåò íà âåëè÷èíó híîì è íîìèíàëüíàÿ ñêîðîñòü äâèãàòåëÿ. Äëÿ áûñòðîõîäíûõ äâèãàòåëåé híîì íåñêîëüêî âûøå, ÷åì äëÿ äâèãàòåëåé ñ ìåíüøåé íîìèíàëüíîé ñêîðîñòüþ. Ðàáî÷èé ÊÏÄ äâèãàòåëÿ çàâèñèò îò íàãðóçêè, òàê êàê îñíîâíûå ïîòåðè â îáìîòêàõ äâèãàòåëÿ îïðåäåëÿþòñÿ òîêàìè, ñâÿçàííûìè ñ íàãðóçêîé. Çàâèñèìîñòü h= f (P2 ) ïîäîáíà òàêîé æå çàâèñèìîñòè äëÿ òðàíñôîðìàòîðà (ðèñ. 11.6). Ìàêñèìàëüíûé ÊÏÄ îáû÷íî áûâàåò ïðè íàãðóçêàõ ïîðÿäêà 80 % îò íîìèíàëüíîé. ÂÎÏÐÎÑÛ 11.2.1.1. ×åìó ïðèáëèæåííî ðàâåí îïòèìàëüíûé êîýôôèöèP åíò çàãðóçêè äâèãàòåëÿ b îïò = 2 , ïðè êîòîðîì äâèãàòåëü áóP2 íîì äåò ðàáîòàòü ñ ìàêñèìàëüíûì ÊÏÄ? 11.2.2. Êîýôôèöèåíò ìîùíîñòè Ïîñêîëüêó ïðè ðàáîòå äâèãàòåëÿ íåèçáåæíî îáðàçîâàíèå ìàãíèòíûõ ïîëåé (îñíîâíîãî ìàãíèòíîãî ïîëÿ è ïîëåé ñòàòîðíîãî è ðîòîðíîãî ðàññåÿíèÿ), òî íåèçáåæíà è ðåàêòèâíàÿ ìîùíîñòü, íåîáõîäèìàÿ äëÿ ñîçäàíèÿ ýòèõ ïîëåé.  ñîîòâåòñòâèè ñ Ã-îáðàçíîé ñõåìîé çàìåùåíèÿ äâèãàòåëÿ (ñì. ðèñ. 8.3) îíà áóäåò ñëåäóþùåé: Q » 3( x1 + x m )I 02 + 3( x1 + x 2¢ )I 2¢ 2 . (11.1) 129  ýòîì âûðàæåíèè ïåðâûé ÷ëåí â ïðàâîé ÷àñòè (ðåàêòèâíàÿ ìîùíîñòü îñíîâíîãî ïîëÿ è ïîëÿ ñòàòîðíîãî ðàññåÿíèÿ îò òîêà õîëîñòîãî õîäà) ìàëî çàâèñèò îò íàãðóçêè äâèãàòåëÿ, à âòîðîé (ðåàêòèâíàÿ ìîùíîñòü ïîëåé ðàññåÿíèÿ, ðîòîðíîãî è ñòàòîðíîãî îò íàãðóçî÷íîé ñîñòàâëÿþùåé ñòàòîðíîãî òîêà) âñåöåëî îïðåäåëÿåòñÿ åé. Êîýôôèöèåíò ìîùíîñòè äâèãàòåëÿ âñëåäñòâèå íàëè÷èÿ ðåàêòèâíîé ìîùíîñòè áóäåò âñåãäà ìåíüøå åäèíèöû: cos j = P1 P +Q2 2 1 . Íîìèíàëüíûé êîýôôèöèåíò ìîùíîñòè, òàêæå êàê è ÊÏÄ, çàâèñèò ïðåæäå âñåãî îò íîìèíàëüíîé ìîùíîñòè äâèãàòåëÿ è íàõîäèòñÿ â ïðåäåëàõ îò 0,65 (äëÿ äâèãàòåëåé ìàëîé ìîùíîñòè) äî 0,94 (äëÿ ìîùíûõ äâèãàòåëåé). Äâèãàòåëè ñ áîëåå âûñîêîé íîìèíàëüíîé ñêîðîñòüþ èìåþò íåñêîëüêî áîëüøèé cos j. Êàê ýòî âèäíî èç ôîðìóëû (11.1), ðåàêòèâíàÿ ìîùíîñòü ñâÿçàíà ñ åãî íàãðóçêîé, è, ñëåäîâàòåëüíî, cos j òàêæå áóäåò çàâèñåòü îò íàãðóçêè. Çàâèñèìîñòü cos j = f (P2 ) ïîêàçàíà íà ðèñ. 11.7. Íåîáõîäèìî îáðàòèòü âíèìàíèå íà òî, ÷òî, â îòëè÷èå îò ÊÏÄ, cos j 0 ïðè õîëîñòîì õîäå äâèãàòåëÿ íå ðàâåí íóëþ (òàê êàê Ðèñ. 11.6. Çàâèñèìîñòü ÊÏÄ äâèãàòåëÿ îò íàãðóçêè Ðèñ. 11.7. Çàâèñèìîñòü êîýôôèöèåíòà ìîùíîñòè äâèãàòåëÿ îò íàãðóçêè íå ðàâíà íóëþ ïîòðåáëÿåìàÿ ìîùíîñòü P1), à ñîñòàâëÿåò âåëè÷èíó ïîðÿäêà 0,1–0,15. Ìàêñèìàëüíûé cos j èìååò ìåñòî, îïÿòü-òàêè â îòëè÷èå îò ÊÏÄ, ïðè çíà÷èòåëüíûõ ïåðåãðóçêàõ äâèãàòåëÿ. 130 Îñîáî íàäî îòìåòèòü, ÷òî ïðè ìàëûõ íàãðóçêàõ cos j äâèãàòåëÿ ñèëüíî ñíèæàåòñÿ, è ïîýòîìó íàäî èçáåãàòü ðàáîòû äâèãàòåëÿ ñ íåäîãðóçêîé. ÂÎÏÐÎÑÛ 11.2.2.1. Êàê èçìåíèòñÿ cos j äâèãàòåëÿ, ðàáîòàþùåãî ñ ìàëîé íàãðóçêîé, åñëè óìåíüøèòü íàïðÿæåíèå U1? à) íå èçìåíèòñÿ; á) ïîâûñèòñÿ; â) ïîíèçèòñÿ. 11.3. Îäíîôàçíûé àñèíõðîííûé äâèãàòåëü Îäíîôàçíûå àñèíõðîííûå äâèãàòåëè ïðèìåíÿþòñÿ çíà÷èòåëüíî ðåæå, ÷åì òðåõôàçíûå, îáû÷íî — â áûòîâûõ ïðèáîðàõ è óñòðîéñòâàõ.  òåõíè÷åñêîì è ýêîíîìè÷åñêîì îòíîøåíèÿõ îíè çíà÷èòåëüíî óñòóïàþò òðåõôàçíûì äâèãàòåëÿì. Èõ åäèíñòâåííîå ïðåèìóùåñòâî çàêëþ÷àåòñÿ â âîçìîæíîñòè ïèòàíèÿ îò îäíîôàçíîé ñåòè. Ñòàòîðíàÿ îáìîòêà 1 (ðèñ. 11.8) îäíîôàçíîãî Ðèñ. 11.8. Ñõåìà îäíîôàçíîãî àñèíàñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ, áóäóõðîííîãî äâèãàòåëÿ ÷è îäíîôàçíîé, ñîçäàåò íå âðàùàþùååñÿ ìàãíèòíîå ïîëå, à ïóëüñèðóþùåå, îñü êîòîðîãî íåïîäâèæíà. Ýòî ïóëüñèðóþùåå ïîëå ïðîíèçûâàåò ðîòîð, ÿâëÿþùèéñÿ îáû÷íûì êîðîòêîçàìêíóòûì ðîòîðîì ñ áåëè÷üåé êëåòêîé, íî ïðè íåïîäâèæíîì ðîòîðå âðàùàþùåãî ìîìåíòà íå ñîçäàåò. Îäíàêî, åñëè ñîîáùèòü ðîòîðó íåêîòîðóþ ñêîðîñòü â òîì èëè èíîì íàïðàâëåíèè, òî âðàùàþùèé ìîìåíò âîçíèêàåò, è ðîòîð íà÷èíàåò âðàùàòüñÿ ñàìîñòîÿòåëüíî. Ýòî ìîæíî îáúÿñíèòü ñëåäóþùèì îáðàçîì. Ïóëüñèðóþùèé ìàãíèòíûé ïîòîê èçìåíÿåòñÿ ïî çàêîíó F = F m sin wt, 131 ïðè÷åì îñü åãî íåïîäâèæíà. Ýòîò ïóëüñèðóþùèé ïîòîê ìîæíî ðàññìàòðèâàòü â ëþáîé ìîìåíò âðåìåíè êàê ñóììó äâóõ ìàãíèòíûõ ïîòîêîâ ÔI è ÔII, âðàùàþùèõñÿ ñ îäèíàêîâîé ñêîðîñòüþ n0, íî â ðàçíûå ñòîðîíû (ðèñ. 11.9). Ïîòîêè ýòè ðàâíû ïî âåëè÷èíå: F I = F II = Fm . 2 Îäíî èç âðàùàþùèõñÿ ìàãíèòíûõ ïîëåé, êîòîðîå âðàùàåòñÿ ñîãëàñíî ñ ðîòîðîì, íàçûâàåòñÿ ïðÿìûì, äðóãîå, âðàùàþùååñÿ íàâñòðå÷ó ðîòîðó,— îáðàòíûì. Ðèñ. 11.9. Ðàçëîæåíèå ïóëüñèðóþùåãî ìàãíèòíîãî ïîòîêà íà äâà âðàùàþùèõñÿ Ïðÿìîå ïîëå ñîçäàåò íà ðîòîðå ìîìåíò MI (ðèñ. 11.10), îáðàòíîå — ìîìåíò MII. Ðåçóëüòèðóþùèé ìîìåíò M, ðàçâèâàåìûé ðîòîðîì, áóäåò ðàâåí ñóììå ýòèõ ìîìåíòîâ. Ïðè íåïîäâèæíîì ðîòîðå ( s = 1, 0) ïðÿìîé è îáðàòíûé ìîìåíòû ðàâíû, íî äåéñòâóþò â ðàçíûå ñòîðîíû, ïîýòîìó ðåçóëüòèðóþùèé ìîìåíò ðàâåí íóëþ. Äëÿ ïóñêà îäíîôàçíîãî äâèãàòåëÿ â õîä îáû÷íî íà ñòàòîðå äâèãàòåëÿ ðàñïîëàãàåòñÿ ñïåöèàëüíàÿ ïóñêîâàÿ îáìîòêà 2 (ñì. ðèñ. 11.8), ïèòàþùàÿñÿ îò òîé æå ñåòè, ÷òî è ðàáî÷àÿ îáìîòêà.  öåïü ïóñêîâîé îáìîòêè âêëþ÷àåòñÿ êîíäåíñàòîð, âñëåäñòâèå ÷åãî òîê â íåé îêàçûâàåòñÿ ñèëüíî ñäâèíóòûì ïî ôàçå îòíîñèòåëüíî òîêà îáìîòêè 1. 132 Ðèñ. 11.10. Çàâèñèìîñòü âðàùàþùåãî ìîìåíòà îäíîôàçíîãî àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ îò ñêîëüæåíèÿ Ðèñ. 11.11. Õàðàêòåðèñòèêè îäíîôàçíîãî àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ Îáå ýòè îáìîòêè, îáòåêàåìûå òîêàìè, ñäâèíóòûìè ïî ôàçå, ñîçäàþò è â íåïîäâèæíîì äâèãàòåëå âðàùàþùååñÿ ìàãíèòíîå ïîëå. Âðàùàþùååñÿ ïîëå îáåñïå÷èâàåò íóæíûé ïóñêîâîé ìîìåíò. Ïîñëå ïóñêà ó îáû÷íûõ îäíîôàçíûõ äâèãàòåëåé ïóñêîâàÿ îáìîòêà îòêëþ÷àåòñÿ. Ó òàê íàçûâàåìûõ êîíäåíñàòîðíûõ äâèãàòåëåé ïóñêîâàÿ îáìîòêà è êîíäåíñàòîð ðàññ÷èòàíû íà äëèòåëüíóþ ðàáîòó è ïîñëå ïóñêà íå îòêëþ÷àþòñÿ. Òàêèå äâèãàòåëè äîðîæå, íî îáëàäàþò ëó÷øèìè òåõíèêî-ýêîíîìè÷åñêèìè ïîêàçàòåëÿìè. ÂÎÏÐÎÑÛ 11.3.1. Óêàæèòå ïðàâèëüíîå ñîîòíîøåíèå ñîïðîòèâëåíèé îáìîòêè ðîòîðà îäíîôàçíîãî àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ, õàðàêòåðèñòèêè êîòîðîãî ïîêàçàíû íà ðèñ. 11.11. à) r2 a < r2 b < r2 c ; á) r2 a = r2 b = r2 c ; â) r2 a > r2 b > r2 c . Îòâåòû íà âîïðîñû äëÿ ñàìîïðîâåðêè ê ðàçäåëó II Îòâåòû ïî ïóíêòó «à» 6.1.2. Îòâåò íåâåðåí. 6.3.1. Îòâåò íåâåðåí. 6.3.2. Îòâåò ïðàâèëåí. 6.3.3. Îòâåò íåâåðåí. 6.4.1. Îòâåò ïðàâèëåí. 133 6.4.2. Îòâåò íåâåðåí. 6.5.1. Îòâåò íåâåðåí. 6.5.2. Îòâåò íåâåðåí. Óêîðî÷åííûé øàã ñëèøêîì ìàë. 7.1.1. Îòâåò íåïðàâèëåí. 7.1.2. Îòâåò âåðåí. 7.2.1. Îòâåò íåâåðåí. 7.3.1. Îòâåò ïðàâèëåí. 7.4.1. Îòâåò íåâåðåí. 7.4.2. Îòâåò ïðàâèëåí. 7.4.3. Îòâåò íåâåðåí. 8.1.1.1. Îòâåò íåâåðåí. 8.1.2.1. Îòâåò íåïðàâèëåí. 8.1.2.2. Îòâåò âåðåí. 8.1.3.1. Îòâåò íåâåðåí. 8.2.1. r2¢ = 0, 244 Îì, x ¢2 = 0, 945 Îì. 8.3.1. Îòâåò ïðàâèëåí. 9.1.1.1. Îòâåò íåâåðåí. 9.1.1.2. Îòâåò íåïðàâèëåí. 9.2.2.1. Îòâåò ïðàâèëåí. 9.2.2.2. Îòâåò íåâåðåí. 9.2.3.1. Îòâåò íåïðàâèëåí. 9.2.3.2. Îòâåò âåðåí. 9.2.4.2. Îòâåò íåâåðåí. 9.2.5.1. Îòâåò ïðàâèëåí. 9.2.6.1. Îòâåò íåïðàâèëåí. 9.2.7.1. Îòâåò íåâåðåí. 9.2.8.1. 683 îá/ìèí. 10.2.1. Îòâåò íåâåðåí. 10.3.1.1. Îòâåò íåâåðåí. 10.3.2.1. Îòâåò íåïðàâèëåí. 10.4.2.1. Îòâåò íåâåðåí. 10.4.2.2. Îòâåò ïðàâèëåí. 10.5.1. Îòâåò íåâåðåí. Íàïðàâëåíèå âðàùåíèÿ äâèãàòåëÿ ïîêàçàíî ïðàâèëüíî, òàê êàê ïîðÿäîê ÷åðåäîâàíèÿ ôàç ñòàòîðà èçìåíåí. 10.6.1. Îòâåò íåïðàâèëåí. 10.6.1.1. Îòâåò ïðàâèëåí. 10.6.2.1. Îòâåò íåâåðåí. 134 10.6.2.2. Îòâåò ïðàâèëåí. 10.6.2.3. Îòâåò íåïðàâèëåí. 10.6.3.1. Îòâåò ïðàâèëåí. 11.1.1.2. Îòâåò íåâåðåí. 11.1.3.2. Îòâåò ïðàâèëåí. 11.2.2.1. Îòâåò íåïðàâèëåí. 11.3.1. Îòâåò ïðàâèëåí. Îòâåòû ïî ïóíêòó «á» 6.1.2. Îòâåò ïðàâèëåí. 6.3.1. Îòâåò âåðåí. 6.3.2. Îòâåò íåâåðåí. 6.3.3. Îòâåò ïðàâèëåí. 6.4.1. Îòâåò íåâåðåí. 6.4.2. Îòâåò âåðåí. 6.5.1. Îòâåò ïðàâèëåí. 6.5.2. Îòâåò íåâåðåí. Íåïðàâèëüíî îïðåäåëåí ïîëíûé øàã. 7.1.1. Îòâåò âåðåí. 7.1.2. Îòâåò íåâåðåí. 7.2.1. Îòâåò ïðàâèëåí. 7.3.1. Îòâåò íåâåðåí. 7.4.1. Îòâåò ïðàâèëåí. 7.4.2. Îòâåò íåïðàâèëåí. 7.4.3. Îòâåò ïðàâèëåí. 8.1.1.1. Îòâåò âåðåí. 8.1.2.1. Îòâåò íåâåðåí. 8.1.2.2. Îòâåò íåâåðåí. 8.1.3.1. Îòâåò ïðàâèëåí. 8.3.1. Îòâåò íåâåðåí. 9.1.1.1. Îòâåò âåðåí. 9.1.1.2. Îòâåò íåâåðåí. 9.2.2.1. Îòâåò íåïðàâèëåí. 9.2.2.2. Îòâåò íåâåðåí. 9.2.3.1. Îòâåò íåâåðåí. 9.2.3.2. Îòâåò íåïðàâèëåí. 9.2.4.2. Îòâåò ïðàâèëåí. 9.2.5.1. Îòâåò íåâåðåí. 9.2.6.1. Îòâåò âåðåí. 135 9.2.7.1. Îòâåò íåâåðåí. 10.2.1. Îòâåò ïðàâèëåí. 10.3.1.1. Îòâåò íåâåðåí. 10.3.2.1. Îòâåò íåâåðåí. 10.4.2.1. Îòâåò ïðàâèëåí. 10.4.2.2. Îòâåò íåïðàâèëåí. 10.5.1. Îòâåò íåâåðåí. Íàïðàâëåíèå âðàùåíèÿ äâèãàòåëÿ óêàçàíî ïðàâèëüíî, òàê êàê ïîðÿäîê ÷åðåäîâàíèÿ ôàç ñòàòîðà íå èçìåíåí. 10.6.1. Îòâåò ïðàâèëåí. 10.6.1.1. Îòâåò íåïðàâèëåí. Ñõåìà á ñîîòâåòñòâóåò äâèãàòåëüíîìó ðåæèìó. 10.6.2.1. Îòâåò âåðåí. 10.6.2.2. Îòâåò íåâåðåí. 10.6.2.3. Îòâåò íåâåðåí. 10.6.3.1. Îòâåò íåâåðåí. 11.1.1.1. Îòâåò ïðàâèëåí. 11.1.3.2. Îòâåò íåâåðåí. 11.2.2.1. Îòâåò ïðàâèëåí. 11.3.1. Îòâåò íåïðàâèëåí. Îòâåòû ïî ïóíêòó «â» 6.3.1. Îòâåò íåâåðåí. 6.5.1. Îòâåò ïðàâèëåí. 7.2.1. Îòâåò íåâåðåí. 7.4.1. Îòâåò íåïðàâèëåí. 8.1.2.1. Îòâåò âåðåí. 8.1.2.2. Îòâåò íåâåðåí. 8.3.1. Îòâåò íåâåðåí. 9.1.1.2. Îòâåò ïðàâèëåí. 9.2.2.1. Îòâåò íåïðàâèëåí. 9.2.2.2. Îòâåò âåðåí. 9.2.3.1. Îòâåò ïðàâèëåí. 9.2.3.2. Îòâåò íåâåðåí. 9.7.2.4.2. Îòâåò íåïðàâèëåí. 9.2.5.1. Îòâåò íåâåðåí. 9.2.6.1. Îòâåò íåâåðåí. 9.2.7.1. Îòâåò ïðàâèëåí. 10.3.1.1. Îòâåò âåðåí. 136 10.3.2.1. Îòâåò ïðàâèëåí. 10.4.2.1. Îòâåò íåâåðåí. 10.5.1. Îòâåò âåðåí. 10.6.1. Îòâåò íåïðàâèëåí. 10.6.1.1. Îòâåò íåâåðåí. Ñõåìà â ñîîòâåòñòâóåò ðåæèìó ïðîòèâîâêëþ÷åíèÿ. 10.6.2.1. Îòâåò íåïðàâèëåí. 10.6.2.3. Îòâåò ïðàâèëåí. 11.1.1.2. Îòâåò íåâåðåí. 11.1.3.2. Îòâåò íåâåðåí. 11.2.2.1. Îòâåò íåïðàâèëåí. 11.3.1. Îòâåò íåâåðåí. Ïîÿñíåíèÿ ê âîïðîñàì äëÿ ñàìîïðîâåðêè Âîïðîñ 6.1.1. Îòëè÷èòåëüíîå ñâîéñòâî ýëåêòðîòåõíè÷åñêèõ ñòàëåé — âûñîêàÿ ìàãíèòíàÿ ïðîíèöàåìîñòü. Âîïðîñ 6.2.1. Ïðåäïîëîæèì, ÷òî â äàííûé ìîìåíò âðåìåíè ðîòîðíûé ïðîâîäíèê ðàñïîëîæåí ïîä ñåâåðíûì ïîëþñîì ìàãíèòíîãî ïîëÿ, âðàùàþùåãîñÿ âëåâî (ðèñ. 11.12). Ó÷èòûâàÿ, ÷òî ïðè ýòîì ïðîâîäíèê îòíîñèòåëüíî ïîëÿ áóäåò ïåðåìåùàòüñÿ â îáðàòíîì Ðèñ. 11.12. Îïðåäåëåíèå íàïðàâëåíèÿ âðàùåíèÿ ðîòîðà íàïðàâëåíèè (âïðàâî), îïðåäåëèì ïî ïðàâèëó ïðàâîé ðóêè íàïðàâëåíèå èíäóêòèðîâàííûõ â ïðîâîäíèêå ÝÄÑ è òîêà, à çàòåì ïî ïðàâèëó ëåâîé ðóêè — íàïðàâëåíèå ñèëû, äåéñòâóþùåé íà ïðîâîäíèê ñî ñòîðîíû ïîëÿ. Ñèëà, à ñëåäîâàòåëüíî, è âðàùàþùèé ìîìåíò, áóäåò äåéñòâîâàòü â ñòîðîíó âðàùåíèÿ ïîëÿ. Âîïðîñ 6.2.2. Åñëè áû ðîòîð äâèãàòåëÿ ñòàë âðàùàòüñÿ ñî ñêîðîñòüþ ìàãíèòíîãî ïîëÿ, òî â ðîòîðíûõ ïðîâîäíèêàõ íå áûëî áû íè ÝÄÑ, íè òîêà, à ñëåäîâàòåëüíî, íå áûëî áû è âðàùàþùåãî ìîìåíòà íà ðîòîðå. Âîïðîñ 6.3.1. Ïðè íåïîäâèæíîì ðîòîðå n = 0 è s = 1. Îòðèöàòåëüíûå ñêîëüæåíèÿ îçíà÷àþò âðàùåíèå ðîòîðà â ñòîðîíó âðàùåíèÿ ìàãíèòíîãî ïîëÿ ñî ñêîðîñòüþ, áîëüøåé ñêîðîñòè ïîëÿ. 137 Ðèñ. 11.13. Ìàãíèòíûé ïîòîê â äâèãàòåëå ïðè îáðûâå îäíîé ôàçû ñòàòîðà p= Âîïðîñ 6.4.1. Ïðè îáðûâå, íàïðèìåð, ôàçû Ñ ôàçû À è B îêàæóòñÿ ñîåäèíåííûìè ïîñëåäîâàòåëüíî è áóäóò îáòåêàòüñÿ îäíèì è òåì æå îäíîôàçíûì òîêîì. Ìàãíèòíûå ïîòîêè îáåèõ ôàç â ëþáîé ìîìåíò âðåìåíè áóäóò ðàâíû ìåæäó ñîáîé è ñäâèíóòû íà îäèí è òîò æå óãîë. Ðåçóëüòèðóþùèé ïîòîê áóäåò ìåíÿòüñÿ ïî âåëè÷èíå (â çàâèñèìîñòè îò èçìåíåíèé òîêà), íî îñü åãî îñòàíåòñÿ íåïîäâèæíîé (ðèñ. 11.13). Âîïðîñ 6.4.2. Ïðè n 0 = 1200 îá/ìèí ïîëó÷àåòñÿ 60 f 1 60 × 50 = = 2,5, n0 1200 ÷òî íåâîçìîæíî, òàê êàê ÷èñëî ïàð ïîëþñîâ ìîæåò áûòü ëèøü öåëûì ÷èñëîì. Âîïðîñ 7.1.1. Ïðè y = t êîýôôèöèåíò óêîðî÷åíèÿ K y = 1 è ïðè q = 1 êîýôôèöèåíò ðàñïðåäåëåíèÿ K p = 1. Ñëåäîâàòåëüíî, K 0 = 1. Âîïðîñ 7.1.2. ×àñòîòà f1 è ñêîðîñòü ìàãíèòíîãî ïîëÿ n0 ïðÿìî ïðîïîðöèîíàëüíû äðóã äðóãó è, òàêèì îáðàçîì, E1 çàâèñèò îò n0. Âîïðîñ 7.2.1. Áîëüøèé âîçäóøíûé çàçîð òðåáóåò áîëüøåãî íàìàãíè÷èâàþùåãî òîêà. Âîïðîñ 7.3.1. Íàãðóçêà íà âàëó îïðåäåëÿåò ñêîëüæåíèå, à ñëåäîâàòåëüíî, è ÝÄÑ âðàùàþùåãîñÿ ðîòîðà. Âîïðîñ 7.3.2. Ñ óâåëè÷åíèåì ìîìåíòà ñîïðîòèâëåíèÿ íà âàëó äâèãàòåëÿ ðîòîð ñíèæàåò ñâîþ ñêîðîñòü. Óâåëè÷èâàåòñÿ ñêîëüæåíèå, à ñëåäîâàòåëüíî, è ñêîðîñòü äâèæåíèÿ ðîòîðíûõ ïðîâîäíèêîâ îòíîñèòåëüíî ìàãíèòíîãî ïîëÿ. Ýòî ïðèâîäèò ê óâåëè÷åíèþ ÝÄÑ ðîòîðà è ñîîòâåòñòâåííî òîêà ðîòîðà. Âîïðîñ 7.4.1. Ñêîðîñòü n 02 = n 0 - n = 138 60 f 1 - n = 1500 - 1400 îá/ìèí. p Âîïðîñ 7.4.2. Ïðè n = 0 n 02 = 1500 - 0 = 1500 îá/ìèí. Âîïðîñ 7.4.3. Ñ ðîñòîì íàãðóçêè ïîòîê íåñêîëüêî óìåíüøàåòñÿ âñëåäñòâèå óâåëè÷åíèÿ ðàçìàãíè÷èâàþùåãî äåéñòâèÿ ðîòîðíîãî òîêà. Âîïðîñ 8.1.2.1. Ïîòîê ñòàòîðíîãî ðàññåÿíèÿ ïðîïîðöèîíàëåí òîêó ñòàòîðà è âîçðàñòàåò ñ óâåëè÷åíèåì íàãðóçêè. Âîïðîñ 8.1.2.2. Ïðè íåèçìåííîì U1 óìåíüøåíèå w âûçîâåò óâåëè÷åíèå ìàãíèòíîãî ïîòîêà Ô è ñîîòâåòñòâåííî óâåëè÷åíèå íàìàãíè÷èâàþùåãî òîêà I0. Âîïðîñ 8.1.3.1. Ñ èçìåíåíèåì íàãðóçêè èçìåíÿåòñÿ ñêîëüæåíèå, à ñëåäîâàòåëüíî, è z2. Âîïðîñ 8.1.3.2. Óðàâíåíèå (8.6) ëåãêî ïðåîáðàçóåòñÿ â óðàâíåíèå (8.5): E& 2 s = z 2 s I& 2 = [r2 + j(sx 2 )]I& 2 , sE& 2 = [r2 + j(sx 2 )]I& 2 , ær ö E& 2 = çç 2 + jx 2 ÷÷÷I& 2 = z 2 I& 2 . çè s ÷ø x 2¢ sx ¢ = 2 , à ñëåäîâàòåëüíî, è ñêîëüæår2¢ s r2¢ íèå ñ ðîñòîì íàãðóçêè óâåëè÷èâàþòñÿ. Óâåëè÷èâàåòñÿ è óãîë y 2 . Âîïðîñ 8.4.1.1. Àêòèâíàÿ ìîùíîñòü Âîïðîñ 8.3.1. tg Y2 = P1 = Pìåõ + Pì 2 + Pì 1 + Pñò = 1- s ¢ ¢ 2 =3 r2 I 2 + 3r2¢ I 2¢ 2 + 3r1 I 12 + 3rm I 02 . s Ðåàêòèâíàÿ ìîùíîñòü Q = 3x m I 02 + 3x1 I 12 + 3x ¢2 I 2¢ 2 , cos j 1 = P1 P12 + Q 2 . Âîïðîñ 9.1.1.1. s= Pì 2 0, 25 = = 0, 05. Pýì 5, 3 - 0, 3 139 Âîïðîñ 9.1.1.2. s1 = Pì 2 P 1, 8Pì 2 ; s2 = ì 2 = = 1, 2 s1 . Pýì1 Pýì2 1,5Pýì1 Âîïðîñ 9.2.2.1. Èç (9.2) âèäíî, ÷òî ñ óâåëè÷åíèåì r1 ïðè s = const ìîìåíò óìåíüøàåòñÿ. Âîïðîñ 9.2.2.2. Óâåëè÷åíèå ÷àñòîòû âûçîâåò óâåëè÷åíèå óãëîâîé ñêîðîñòè ìàãíèòíîãî ïîëÿ w 0 è óâåëè÷åíèå èíäóêòèâíûõ ñîïðîòèâëåíèé x1 è x ¢2 , âñëåäñòâèå ÷åãî ìîìåíò óìåíüøèòñÿ. Âîïðîñ 9.2.2.3. Ïðè ðàáîòå äâèãàòåëÿ â òî÷êå à (ñì. ðèñ. 9.2) íåóñòîé÷èâîé ÷àñòè õàðàêòåðèñòèêè ñëó÷àéíîå, äàæå âåñüìà íåçíà÷èòåëüíîå óâåëè÷åíèå ìîìåíòà ñîïðîòèâëåíèÿ ïîâëå÷åò çà ñîáîþ óâåëè÷åíèå ñêîëüæåíèÿ, ÷òî â ñâîþ î÷åðåäü âûçîâåò óìåíüøåíèå âðàùàþùåãî ìîìåíòà äâèãàòåëÿ. Íàîáîðîò, ïðè ñëó÷àéíîì óìåíüøåíèè íàãðóçêè è óìåíüøåíèè ñêîëüæåíèÿ ìîìåíò äâèãàòåëÿ óâåëè÷èòñÿ, ïðåâûñèò ìîìåíò íàãðóçêè è äâèãàòåëü áóäåò óâåëè÷èâàòü ñâîþ ñêîðîñòü, ïîêà íå äîñòèãíåò òî÷êè a1 óñòîé÷èâîé âåòâè õàðàêòåðèñòèêè, â êîòîðîé ìîìåíòû íàãðóçêè è äâèãàòåëÿ âíîâü ñðàâíÿþòñÿ. Âîïðîñ 9.2.3.1. Êàê âèäíî èç ôîðìóëû (9.4), çíàìåíàòåëü ýòîãî âûðàæåíèÿ â ãåíåðàòîðíîì ðåæèìå áóäåò ìåíüøå (çíàê «–»), è, ñëåäîâàòåëüíî, M êã > M êä . Âîïðîñ 9.2.3.2. Èç ôîðìóëû (9.4) âèäíî, ÷òî ñ óâåëè÷åíèåì x1 êðèòè÷åñêèé ìîìåíò óìåíüøèòñÿ. Âîïðîñ 9.2.4.1. Êàê âèäíî èç ñðàâíåíèÿ êðèâûõ 1 è 5 íà ðèñ. 9.2, ïðè îäíîì è òîì æå ìîìåíòå äâèãàòåëÿ óìåíüøåíèå íàïðÿæåíèÿ âûçîâåò óâåëè÷åíèå ñêîëüæåíèÿ. Âîïðîñ 9.2.4.2. Ïðè ñíèæåíèè íàïðÿæåíèÿ íà äâèãàòåëå äî 0,8U1 êðèòè÷åñêèé ìîìåíò, ïðîïîðöèîíàëüíûé U 12 , à ñëåäîâàòåëüíî, è ïåðåãðóçî÷íàÿ ñïîñîáíîñòü ñíèçÿòñÿ íà 36 %. Âîïðîñ 9.2.5.1. Èç êðèâûõ íà ðèñ. 9.3 âèäíî ñëåäóþùåå: 1) êðèòè÷åñêîå ñêîëüæåíèå s êA < s êB < s êC , à ñëåäîâàòåëüíî, r2 A < r2 B < r2C ; 2) M êA > M êB > M êC è, ñëåäîâàòåëüíî, U 1A > U 1B > U 1C . Âîïðîñ 9.2.6.1. Êðèòè÷åñêèé ìîìåíò íà õàðàêòåðèñòèêå B ìåíüøå, à ñëåäîâàòåëüíî, U 1A > U 1B . 140 Âîïðîñ 9.2.7.1. Óâåëè÷åíèå íàïðÿæåíèÿ íà äâèãàòåëå ïðè ïîñòîÿííîì ìîìåíòå âûçîâåò óâåëè÷åíèå ìàãíèòíîãî ïîòîêà è óìåíüøåíèå àêòèâíîãî ðîòîðíîãî òîêà. sx Âîïðîñ 9.2.7.2. Óãîë y 2 = arctg 2 . Ïîñêîëüêó ñêîëüæåíèå r2 äâèãàòåëÿ ïðè íàãðóçêàõ, íå î÷åíü ïðåâûøàþùèõ íîìèíàëüíóþ, ìàëî, òî è y 2 î÷åíü ìàë. Âîïðîñ 10.2.1. Ñîïðîòèâëåíèå r2 ó äâèãàòåëåé ñ ïîñòîÿííûìè ïàðàìåòðàìè ðîòîðíîé îáìîòêè îñòàåòñÿ ïîñòîÿííûì, à ó äâèãàòåëåé ñ ïåðåìåííûìè ïàðàìåòðàìè (ãëóáîêîïàçíûõ) óìåíüøàåòñÿ ñ óìåíüøåíèåì ñêîëüæåíèÿ. Âîïðîñ 10.2.2. Ñì. ðèñ. 11.14. Âîïðîñ 10.3.1.1. Èç õàðàêòåðèñòèêè âèäíî, ÷òî ïóñêîâîé ìîìåíò M ï = 0, 2 M ê , è ïðè íàãðóçêå íà âàëó M ñ = 0, 3M ê äâèãàòåëü ïóñòèòü íåëüçÿ. Âîïðîñ 10.3.2.1. Íàïðÿæåíèå íà äâèãàòåëå ïðè ïóñêå áóäåò ðàâíî 0,75U1íîì, è ïóñêîâîé ìîìåíò ( 0, 75) 2 M íîì = = 0,56 M íîì . Âîïðîñ 10.4.1.1. Ó îáìîòêè ñ ïîâûøåííûì àêòèâíûì Ðèñ. 11.14. Èçìåíåíèå âðàùàþùåãî ìîìåíòà äâèãàòåëÿ ïðè ðåîñòàòíîì ïóñêå ñîïðîòèâëåíèåì êðèòè÷åñêèé ìîìåíò áóäåò ïðè ñêîëüæåíèÿõ, áëèçêèõ â åäèíèöå, ò. å. ïðè ïóñêå äâèãàòåëÿ. Âîïðîñ 10.4.2.1. Âûòåñíåíèå òîêà â âåðõíèå ñëîè ïðîâîäíèêà çàâèñèò îò ÷àñòîòû ðîòîðíîãî òîêà, êîòîðàÿ ïðè ìàëûõ ñêîëüæåíèÿõ ìàëà. Âîïðîñ 10.4.2.2. Íàèáîëüøèé ïóñêîâîé ìîìåíò áóäåò ó äâèãàòåëÿ ñ ðîòîðíûì ïàçîì 1, ïðè êîòîðîì âûòåñíåíèå òîêà ïðè ïóñêå â âåðõíèå ñëîè äàñò íàèáîëüøåå óâåëè÷åíèå àêòèâíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ ðîòîðà. Âîïðîñ 10.6.1.  òîðìîçíûõ ðåæèìàõ âðàùàþùèé ìîìåíò è ñêîðîñòü ðîòîðà èìåþò ðàçíûå çíàêè, è òîðìîçíûå õàðàêòåðèñòèêè ìîãóò ðàñïîëàãàòüñÿ ëèøü âî II è IV êâàäðàíòàõ. 141 Âîïðîñ 10.6.1.2. Ñì. ðèñ. 11.15. Ðèñ. 11.15. Ýíåðãåòè÷åñêàÿ äèàãðàììà ïðè ðàáîòå äâèãàòåëÿ â ãåíåðàòîðíîì ðåæèìå Âîïðîñ 10.6.2.2. Èç ðèñ. 10.13 âèäíî, ÷òî ïðè òîðìîæåíèè ïðîòèâîâêëþ÷åíèåì äâèãàòåëü ðàçâèâàåò òîðìîçíîé ìîìåíò è ïðè ñêîðîñòè, ðàâíîé íóëþ. Âîïðîñ 10.6.2.3. Ïðè óìåíüøåíèè íàïðÿæåíèÿ íà ñòàòîðå ìåõàíè÷åñêàÿ õàðàêòåðèñòèêà äâèãàòåëÿ (ñì. ðèñ. 10.13) ïîéäåò áîëåå êðóòî è òîò æå òîðìîçíîé ìîìåíò áóäåò ïðè áîëüøåé ñêîðîñòè. Óâåëè÷åíèå òîðìîçíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ òàêæå óâåëè÷èò êðóòèçíó ìåõàíè÷åñêîé õàðàêòåðèñòèêè è, ñëåäîâàòåëüíî, ñêîðîñòü ïðè òîì æå òîðìîçíîì ìîìåíòå. Âîïðîñ 10.6.3.1. Ïðè óìåíüøåíèè òîðìîçíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ õàðàêòåðèñòèêà äâèãàòåëÿ (ñì. ðèñ. 10.15) áóäåò áîëåå ïîëîãîé, è òîðìîçíîé ìîìåíò ïðè òîé æå ñêîðîñòè óâåëè÷èòñÿ. Âîïðîñ 10.6.3.2. Ïðè óâåëè÷åíèè ïîñòîÿííîãî òîêà â ñòàòîðíîé îáìîòêå ìàãíèòíîå ïîëå â äâèãàòåëå óñèëèòñÿ. Ïðè òîé æå ñêîðîñòè ðîòîðà ÝÄÑ ðîòîðà, òîê ðîòîðà è ìîìåíò äâèãàòåëÿ áóäóò áîëüøå. Ìåõàíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ïðè ðàçíûõ çíà÷åíèÿõ ïîñòîÿííîãî òîêà Iâ è îäèíàêîâîì ñîïðîòèâëåíèè ðîòîðà ïîêàçàíû íà ðèñ. 11.16. Âîïðîñ 11.1.1.1. Âêëþ÷åíèå äîáàâî÷íîãî ñîïðîòèâëåíèÿ â ðîòîð ñíà÷àëà âåäåò ê óìåíüøåíèþ ðîòîðíîãî òîêà è âðàùàþùåãî ìîìåíòà. Óìåíüøåíèå ìîìåíòà äâèãàòåëÿ ïðè ïîñòîÿííîì ìîìåíòå íàãðóçêè íà âàëó âûçûâàåò óâåëè÷åíèå ñêîëüæåíèÿ è ÝÄÑ E2s.  ñâÿçè ñ ýòèì òîê ðîòîðà è ìîìåíò âîçðàñòàþò äî ïðåæíèõ çíà÷åíèé, è äâèãàòåëü íà÷èíàåò ðàáîòàòü ñíîâà â óñòàíîâèâøåìñÿ ðåæèìå, íî óæå ñ ìåíüøåé ñêîðîñòüþ. 142 Âîïðîñ 11.1.1.2. Êàê âèäíî èç óðàâíåíèÿ (9.2) ïðè îäíîì è òîì æå ìîìåíòå, ïðè U 1 = const è f 1 = const r2¢ r2¢ + räîá . = s1 s2 Âîïðîñ 11.1.1.3. Ôîðìóëà (9.1). Âîïðîñ 11.1.2.1. Èñïîëüçóÿ ïðàâèëî áóðàâ÷èêà, ëåãêî óâèäåòü, ÷òî ìàãíèòíûå ïîëÿ îáîèõ òîêîâ áóäóò íàïðàâëåíû âñòðå÷- Ðèñ. 11.16. Ìåõàíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ïðè äèíàìè÷åñêîì òîðìîæåíèè íî è êîìïåíñèðóþò äðóã äðóãà. àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ Âîïðîñ 11.1.3.1. Ñðàâíèâàÿ ôîðìóëó (9.5) äëÿ íîìèíàëüíîé è ïîíèæåííîé ÷àñòîò U ( f 1íîì è f 2 = af 1íîì ) ïðè 1 = const f1 Mê = m1U 12íîì 2 ù é 2w 0 íîì êr1 + r12 + ( x1 + x 2¢ ) ú êë úû , è M ê¢ = m1a 2U 12íîì 2 ù é 2aw 0 íîì êr1 + r12 + a 2 ( x1 + x 2¢ ) ú êë úû , âèäèì, ÷òî ïðè a < 1 2 ù é a êr1 + r12 + ( x1 + x ¢2 ) ú ê úû M ê¢ = ë < 1, 0. 2 Mê r1 + r12 + a 2 ( x1 + x ¢2 ) Âîïðîñ 11.1.3.2. Ïðè U 1 = const óâåëè÷åíèå ÷àñòîòû âûçîâåò óìåíüøåíèå ìàãíèòíîãî ïîòîêà. Èç ôîðìóëû (9.7) âèäíî, ÷òî ïðè ïîñòîÿííîì ìîìåíòå óìåíüøåíèå ïîòîêà âûçîâåò óâåëè÷åíèå àêòèâíîãî òîêà ðîòîðà I 2 cos y 2 . 143 Âîïðîñ 11.2.1.1. Ïîëàãàÿ ïðèáëèæåííî, ÷òî êâàäðàò òîêà ñòàòîðà (ñì. ðèñ. 8.1) I 12 » I 02 + I 2¢ 2 , îïðåäåëèì, ÷òî ïîòåðè â ñòàòîðíîé îáìîòêå ñîñòîÿò èç äâóõ ÷àñòåé: Pì 1 = Pì 0 + Pì¢1 = 3r1 I 02 + 3r1 I 2¢ 2 . Ðàçáèâàÿ âñå ïîòåðè â äâèãàòåëå (ñì. ðèñ. 9.1) íà ïîòåðè õîëîñòîãî õîäà, ìàëî çàâèñÿùèå îò íàãðóçêè, Ê = Pñ1 + Pì 0 + Pìåõ , è íà íàãðóçî÷íûå, ïðîïîðöèîíàëüíûå êâàäðàòó íàãðóçêè, V = Pì¢1 + Pì 2 + Päîá = b 2U íîì , ïîëó÷èì h= bP2 íîì P2 . = P2 + Ê + V bP2 íîì + Ê + b 2U íîì Ïðèíèìàÿ ïîòåðè õîëîñòîãî õîäà ïîñòîÿííûìè è èñïîëüçóÿ dh óðàâíåíèå = 0, íàéäåì db b îïò = Ê U íîì . Âîïðîñ 11.2.2.1. Âåëè÷èíà ðåàêòèâíîé ìîùíîñòè, ñâÿçàííîé ñ îñíîâíûì ïîëåì äâèãàòåëÿ (Q 0 = 3( x1 + x m )I 02 , ïðè íåáîëü- ) øèõ íàãðóçêàõ ãîðàçäî áîëüøå ðåàêòèâíîé ìîùíîñòè ðàññåÿíèÿ Q ð = 3( x1 + x 2¢ )I 2¢ 2 . Ïîýòîìó óìåíüøåíèå íàïðÿæåíèÿ U1 è ñâÿçàííîå ñ íèì óìåíüøåíèå îñíîâíîãî ïîòîêà Ô è íàìàãíè÷èâàþùåãî òîêà I0 âûçîâóò ãîðàçäî áîëüøåå óìåíüøåíèå Q0, ÷åì óâåëè÷åíèå Qð, ñâÿçàííîå ñ óâåëè÷åíèåì òîêà I 2¢ ïðè ïîíèæåííîì íàïðÿæåíèè. Îáùàÿ ðåàêòèâíàÿ ìîùíîñòü Q óìåíüøèòñÿ, è cos j óâåëè÷èòñÿ. Âîïðîñ 11.3.1. Ïî õàðàêòåðó êðèâûõ M = f ( s) âèäíî, ÷òî êðèòè÷åñêîå ñêîëüæåíèå äëÿ ïðÿìîãî è îáðàòíîãî ìîìåíòîâ s êA < s êB < s êC è, ñëåäîâàòåëüíî, r2 A < r2 B < r2C . ÐÀÇÄÅË III ÑÈÍÕÐÎÍÍÛÅ ÌÀØÈÍÛ Ëåêöèÿ 12 ÏÐÈÍÖÈÏ ÄÅÉÑÒÂÈß È ÎÑÍÎÂÍÛÅ ßÂËÅÍÈß ÏÐÈ ÐÀÁÎÒÅ ÑÈÍÕÐÎÍÍÛÕ ÌÀØÈÍ 12.1. Îáùèå çàìå÷àíèÿ Ñèíõðîííûå ìàøèíû, õàðàêòåðíûì ïðèçíàêîì êîòîðûõ ÿâëÿåòñÿ ñòðîãî ïîñòîÿííàÿ ñêîðîñòü âðàùåíèÿ (ïðè çàäàííîé ÷àñòîòå), èñïîëüçóþòñÿ è êàê ãåíåðàòîðû, è êàê äâèãàòåëè. Ñèíõðîííûå ãåíåðàòîðû ÿâëÿþòñÿ îñíîâíûì òèïîì ýëåêòðè÷åñêèõ ãåíåðàòîðîâ, ïðèìåíÿåìûõ íà ñîâðåìåííûõ ýëåêòðè÷åñêèõ ñòàíöèÿõ.  ñâÿçè ñ ýòèì ìîùíîñòè ñèíõðîííûõ ãåíåðàòîðîâ âåñüìà âåëèêè è äîñòèãàþò 1 ìëí êÂò è âûøå. Ñèíõðîííûå äâèãàòåëè èñïîëüçóþòñÿ äëÿ ïðèâîäà ðàáî÷èõ ìàøèí áîëüøîé ìîùíîñòè, íå òðåáóþùèõ ðåãóëèðîâêè ñêîðîñòè. Ìîùíîñòü ñèíõðîííûõ äâèãàòåëåé äîõîäèò äî íåñêîëüêèõ äåñÿòêîâ òûñÿ÷ êÂò. 12.2. Óñòðîéñòâî ñèíõðîííîé ìàøèíû Ñèíõðîííàÿ ìàøèíà ïîäîáíî àñèíõðîííîé ñîñòîèò òàêæå èç äâóõ îñíîâíûõ ÷àñòåé: ñòàòîðà è ðîòîðà (ðèñ. 12.1). Ñòàòîð ñèíõðîííîé ìàøèíû íå èìååò ïðèíöèïèàëüíûõ îòëè÷èé îò ñòàòîðà àñèíõðîííîé ìàøèíû (â äåòàëÿõ êîíñòðóêöèè, åñòåñòâåííî, ñòàòîð ìîùíîãî ñèíõðîííîãî ãåíåðàòîðà è ñòàòîð àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ íå î÷åíü áîëüøîé ìîùíîñòè äðóã îò äðóãà îòëè÷àþòñÿ). Êîíñòðóêöèÿ ðîòîðà.  ñèíõðîííûõ ìàøèíàõ ïðèìåíÿþò äâå ðàçëè÷íûå êîíñòðóêöèè ðîòîðà: ÿâíîïîëþñíóþ — ñ ÿâíîâûðàæåííûìè ïîëþñàìè (ñì. ðèñ. 12.1, à) è íåÿâíîïîëþñíóþ — 147 ñ íåÿâíîâûðàæåííüøè ïîëþñàìè (ñì. ðèñ. 12.1, á). ßâíîïîëþñíûé ðîòîð îáû÷íî èñïîëüçóþò â ìàøèíàõ ñ ÷åòûðüìÿ ïîëþñàìè è áîëåå. Îáìîòêó âîçáóæäåíèÿ âûïîëíÿþò â ýòîì ñëó÷àå â âèäå öèëèíäðè÷åñêèõ êàòóøåê ïðÿìîóãîëüíîãî ñå÷åíèÿ, êîòîðûå ðàçìåùàþò íà ñåðäå÷íèêàõ ïîëþñîâ è óêðåïëÿþò ïðè ïîìîùè ïîëþñíûõ íàêîíå÷íèêîâ. Ðîòîð, ñåðäå÷íèêè ïîëþñîâ è ïîëþñíûå íàêîíå÷íèêè èçãîòîâëÿþò èç ëèñòîâîé ñòàëè. Ðèñ. 12.1. Ðîòîðû ñèíõðîííîé ÿâíîïîëþñíîé è íåÿâíîïîëþñíîé ìàøèí: 1 — ñåðäå÷íèê ðîòîðà, 2 — îáìîòêà âîçáóæäåíèÿ Äâóõ- è ÷åòûðåõïîëþñíûå ìàøèíû áîëüøîé ìîùíîñòè, ðàáîòàþùèå ïðè ÷àñòîòå âðàùåíèÿ ðîòîðà 1500 îá/ìèí è 3000 îá/ìèí, èçãîòàâëèâàþò, êàê ïðàâèëî, ñ íåÿâíîïîëþñíûì ðîòîðîì. Íåÿâíîïîëþñíûé ðîòîð ïðåäñòàâëÿåò ñîáîþ ñïëîøíîé öèëèíäð, èçãîòîâëåííûé èç íàèáîëåå ïðî÷íûõ ìàðîê ñòàëè (õðîìîíèêåëåâûõ èëè õðîìîíèêåëüìîëèáäåíîâûõ). Ïðèìåíåíèå â íèõ ÿâíîïîëþñíîãî ðîòîðà íåâîçìîæíî ïî óñëîâèÿì îáåñïå÷åíèÿ íåîáõîäèìîé ìåõàíè÷åñêîé ïðî÷íîñòè êðåïëåíèÿ ïîëþñîâ è îáìîòêè âîçáóæäåíèÿ. Îáìîòêó âîçáóæäåíèÿ â òàêîé ìàøèíå ðàçìåùàþò â ïàçàõ ñåðäå÷íèêà ðîòîðà, âûïîëíåííîãî èç ìàññèâíîé ñòàëüíîé êîâêè, è óêðåïëÿþò íåìàãíèòíûìè êëèíüÿìè. Ëîáîâûå ÷àñòè îáìîòêè, íà êîòîðûå âîçäåéñòâóþò çíà÷èòåëüíûå öåíòðîáåæíûå ñèëû, êðåïÿò ïðè ïîìîùè ñòàëüíûõ ìàññèâíûõ áàíäàæåé. Äëÿ ïîëó÷åíèÿ ïðèáëèçèòåëüíî ñèíóñîèäàëüíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ ìàãíèòíîé èíäóêöèè îáìîòêó âîçáóæäåíèÿ óêëàäûâàþò â ïàçû, çàíèìàþùèå 2/3 ïîëþñíîãî äåëåíèÿ. 148  ÿâíîïîëþñíîé ñèíõðîííîé ìàøèíå (ðèñ. 12.2) ñåðäå÷íèê ñòàòîðà ñîáèðàþò èç èçîëèðîâàííûõ ëèñòîâ ýëåêòðîòåõíè÷åñêîé ñòàëè è íà íåì ðàñïîëàãàþò òðåõôàçíóþ îáìîòêó ÿêîðÿ. Íà ðîòîðå ðàçìåùàþò îáìîòêó âîçáóæäåíèÿ. Ïîëþñíûì íàêîíå÷íèêàì îáû÷íî ïðèäàþò òàêîé ïðîôèëü, ÷òîáû âîçäóøíûé çàçîð ìåæäó ïîëþñíûì íàêîíå÷íèêîì è ñòàòîðîì áûë ìèíèìàëüíûì ïîä ñåðåäèíîé ïîëþñà è ìàêñèìàëüíûì ó åãî êðàåâ, áëàãîäàðÿ ÷åìó êðèâàÿ ðàñïðåäåëåíèÿ èíäóêöèè â âîçäóøíîì çàçîðå ïðèáëèæàåòñÿ ê ñèíóñîèäå. Ðèñ. 12.2. Óñòðîéñòâî ÿâíîïîëþñíîé ìàøèíû: 1 — êîðïóñ; 2 — ñåðäå÷íèê ñòàòîðà; 3 — îáìîòêà ñòàòîðà; 4 — ðîòîð; 5 — âåíòèëÿòîð; 6 — âûâîäû îáìîòîê ñòàòîðà; 7 — êîíòàêòíûå êîëüöà; 8 — ùåòêè, 9 — âîçáóäèòåëü  ïîëþñíûõ íàêîíå÷íèêàõ ñèíõðîííûõ äâèãàòåëåé ñ ÿâíîïîëþñíüì ðîòîðîì ðàçìåùàþò ñòåðæíè ïóñêîâîé îáìîòêè (ðèñ. 12.3), âûïîëíåííîé èç ìàòåðèàëà ñ ïîâûøåííûì óäåëüíûì ñîïðîòèâëåíèåì (ëàòóíü). Òàêóþ æå îáìîòêó (òèïà «áåëè÷üÿ êëåòêà»), ñîñòîÿùóþ èç ìåäíûõ ñòåðæíåé, ïðèìåíÿþò è â ñèíõðîííûõ ãåíåðàòîðàõ; åå íàçûâàþò óñïîêîèòåëüíîé, èëè äåìïôåðíîé, îáìîòêîé, òàê êàê îíà îáåñïå÷èâàåò áûñòðîå çàòóõàíèå êîëåáàíèé ðîòîðà, âîçíèêàþùèõ â ïåðåõîäíûõ ðåæèìàõ ðàáîòû ñèíõðîííîé ìàøèíû. Åñëè ñèíõðîííàÿ ìàøèíà âûïîëíåíà ñ ìàñ- 149 ñèâíûìè ïîëþñàìè, òî ïðè ïóñêå è ïåðåõîäíûõ ðåæèìàõ â íèõ âîçíèêàþò âèõðåâûå òîêè, äåéñòâèå êîòîðûõ ýêâèâàëåíòíî äåéñòâèþ òîêà â êîðîòêîçàìêíóòîé îáìîòêå. Ñèñòåìà âîçáóæäåíèÿ. Ðèñ. 12.3. Óñòðîéñòâî ïóñêîâîé îáìîòêè  çàâèñèìîñòè îò ñïîñîáà â ñèíõðîííûõ äâèãàòåëÿõ: 1 — ïîëþñû ïèòàíèÿ îáìîòêè âîçáóæäåðîòîðà; 2 — êîðîòêîçàìûêàþùèå êîëüöà; 3 — ñòåðæíè «áåëè÷üåé êëåòêè»; 4 — íèÿ ðàçëè÷àþò ñèñòåìû íåïîëþñíûå íàêîíå÷íèêè çàâèñèìîãî âîçáóæäåíèÿ è ñàìîâîçáóæäåíèÿ. Ïðè íåçàâèñèìîì âîçáóæäåíèè â êà÷åñòâå èñòî÷íèêà äëÿ ïèòàíèÿ îáìîòêè âîçáóæäåíèÿ ñëóæèò ãåíåðàòîð ïîñòîÿííîãî òîêà (âîçáóäèòåëü), óñòàíîâëåííûé íà âàëó ðîòîðà ñèíõðîííîé ìàøèíû (ðèñ. 12.4, à), ëèáî îòäåëüíûé âñïîìîãàòåëüíûé ãåíåðàòîð, ïðèâîäèìûé âî âðàùåíèå ñèíõðîííûì èëè àñèíõðîííûì äâèãàòåëåì. Ïðè ñàìîâîçáóæäåíèè îáìîòêà âîçáóæäåíèÿ ïèòàåòñÿ îò îáìîòêè ÿêîðÿ ÷åðåç óïðàâëÿåìûé èëè íåóïðàâëÿåìûé âûïðÿìèòåëü, îáû÷íî ïîëóïðîâîäíèêîâûé (ðèñ. 12.4, á). Ìîùíîñòü, íåîáõîäèìàÿ äëÿ âîçáóæäåíèÿ, ñðàâíèòåëüíî íåâåëèêà è ñîñòàâëÿåò 0,3–3 % îò ìîùíîñòè ñèíõðîííîé ìàøèíû.  ìîùíûõ ãåíåðàòîðàõ èíîãäà êðîìå âîçáóäèòåëÿ ïðèìåíÿþò ïîäâîçáóäèòåëü — íåáîëüøîé ãåíåðàòîð ïîñòîÿííîãî òîêà, ñëóæàùèé äëÿ âîçáóæäåíèÿ îñíîâíîãî âîçáóäèòåëÿ.  êà÷åñòâå îñíîâíîãî âîçáóäèòåëÿ â ýòîì ñëó÷àå ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàí ñèíõðîííûé ãåíåðàòîð ñîâìåñòíî ñ ïîëóïðîâîäíèêîâûì âûïðÿìèòåëåì. Ïèòàíèå îáìîòêè âîçáóæäåíèÿ ÷åðåç ïîëóïðîâîäíèêîâûé âûïðÿìèòåëü, ñîáðàííûé íà äèîäàõ èëè íà òèðèñòîðàõ, øèðîêî ïðèìåíÿþò êàê â äâèãàòåëÿõ è ãåíåðàòîðàõ íåáîëüøîé è ñðåäíåé ìîùíîñòè, òàê è â ìîùíûõ òóðáî- è ãèäðîãåíåðàòîðàõ (òèðèñòîðíàÿ ñèñòåìà âîçáóæäåíèÿ). Ðåãóëèðîâàíèå òîêà âîçáóæäåíèÿ Iâ îñóùåñòâëÿåòñÿ àâòîìàòè÷åñêè ñïåöèàëüíûìè ðåãóëÿòîðàìè âîçáóæäåíèÿ, îäíàêî â ìàøèíàõ íåáîëüøîé ìîùíîñòè ïðèìåíÿåòñÿ è ðåãóëèðîâêà âðó÷íóþ ðåîñòàòîì, âêëþ÷åííûì â öåïü îáìîòêè âîçáóæäåíèÿ. Åñëè íåîáõîäèìî ôîðñèðîâàòü âîçáóæäåíèå ãåíåðàòîðà, òî ïîâûøàþò íàïðÿæåíèå âîçáóäèòåëÿ è óâåëè÷èâàþò âûõîäíîå íàïðÿæåíèå âûïðÿìèòåëÿ. 150 Ðèñ. 12.4. Ñõåìû âîçáóæäåíèÿ ñèíõðîííîé ìàøèíû: 1 — îáìîòêà ÿêîðÿ; 2 — ðîòîð ãåíåðàòîðà; 3 — îáìîòêà âîçáóæäåíèÿ, 4 — êîëüöà; 5 — ùåòêè; 6 — ðåãóëÿòîð íàïðÿæåíèÿ; 7 — âîçáóäèòåëü; 8 — âûïðÿìèòåëü; 9 — ðîòîð âîçáóäèòåëÿ; 10 — îáìîòêà ÿêîðÿ âîçáóäèòåëÿ; 11 — îáìîòêà âîçáóæäåíèÿ âîçáóäèòåëÿ; 12 — ïîäâîçáóäèòåëü; 13 — îáìîòêà âîçáóæäåíèÿ ïîäâîçáóäèòåëÿ  ñîâðåìåííûõ ñèíõðîííûõ ãåíåðàòîðàõ íà÷àëè ïðèìåíÿòü òàê íàçûâàåìóþ áåñùåòî÷íóþ ñèñòåìó âîçáóæäåíèÿ (ðèñ. 12.4, â). Ïðè ýòîì â êà÷åñòâå âîçáóäèòåëÿ èñïîëüçóþò ñèíõðîííûé ãåíåðàòîð, ó êîòîðîãî îáìîòêà ÿêîðÿ ðàñïîëîæåíà íà ðîòîðå, à âûïðÿìèòåëü óêðåïëåí íåïîñðåäñòâåííî íà âàëó. Îáìîòêà âîçáóæäåíèÿ âîçáóäèòåëÿ ïîëó÷àåò ïèòàíèå îò ïîäâîçáó151 äèòåëÿ ÷åðåç ðåãóëÿòîð íàïðÿæåíèÿ. Ïðè òàêîì ñïîñîáå âîçáóæäåíèÿ â öåïè, ïèòàþùåé îáìîòêó âîçáóæäåíèÿ ãåíåðàòîðà, îòñóòñòâóþò ñêîëüçÿùèå êîíòàêòû, ÷òî ñóùåñòâåííî ïîâûøàåò íàäåæíîñòü ñèñòåìû âîçáóæäåíèÿ.  ðÿäå ñëó÷àåâ ïðè ðàññìîòðåíèè ðàáîòû ñèíõðîííîé ìàøèíû äëÿ îáëåã÷åíèÿ ìàòåìàòè÷åñêîãî àíàëèçà íå ó÷èòûâàþò íåëèíåéíîñòü êðèâîé õîëîñòîãî õîäà, çàìåíÿÿ å¸ ïðÿìîé ëèíèåé.  êà÷åñòâå ñïðÿìëåííîé õàðàêòåðèñòèêè ïðèíèìàþò êàñàòåëüíóþ ê êðèâîé õîëîñòîãî õîäà (ïðÿìàÿ 1 íà ðèñ. 12.5) èëè ïðÿìóþ, ïðîõîäÿùóþ ÷åðåç òî÷êó b, ñîîòâåòñòâóþùóþ ðàññìàòðèâàåìîìó ðåæèìó ðàáîòû, íàïðèìåð íîìèíàëüíîìó íàïðÿæåíèþ (ïðÿìàÿ 2). Õàðàêòåðèñòèêà 1 ñîîòâåòñòâóåò ðàáîòå ìàøèíû ïðè îòñóòñòâèè íàñûùåíèÿ; õàðàêòåðèñòèêà 2 ó÷èòûâàåò íåêîòîðîå ñðåäíåå íàñûùåííîå ñîñòîÿíèå ìàãíèòíîé öåïè ìàøèíû.  òåîðèè ñèíõðîííîé ìàøèíû øèðîêî èñïîëüçóþò ñèñòåìó îòíîñèòåëüíûõ åäèíèö. Îñíîâíûå Ðèñ. 12.5. Õàðàêòåðèñòèêà õîëî- ïàðàìåòðû ìàøèíû (òîê, íàïðÿñòîãî õîäà ñèíõðîííîãî ãåíåðà- æåíèå, ìîùíîñòü, ñîïðîòèâëåíèÿ) òîðà âûðàæàþò â äîëÿõ ñîîòâåòñòâóþùåé áàçèñíîé âåëè÷èíû.  êà÷åñòâå áàçèñíûõ åäèíèö ïðè ïîñòðîåíèè õàðàêòåðèñòèêè õîëîñòîãî õîäà ïðèíèìàþò íîìèíàëüíîå íàïðÿæåíèå Uíîì ìàøèíû è òîê âîçáóæäåíèÿ Iâ0, ïðè êîòîðîì ÝÄÑ E 0 = U íîì . Îòíîñèòåëüíûå çíà÷åíèÿ ÝÄÑ è òîêà âîçáóæäåíèÿ ïðè ýòîì çàïèøóòñÿ ñëåäóþùèì îáðàçîì: E I E 0 * = 0 ; I â* = â . U íîì I â0 Õàðàêòåðèñòèêè õîëîñòîãî õîäà, ïîñòðîåííûå â îòíîñèòåëüíûõ åäèíèöàõ äëÿ ðàçëè÷íûõ ñèíõðîííûõ ãåíåðàòîðîâ ïðè îäèíàêîâûõ êîýôôèöèåíòàõ íàñûùåíèÿ, ñîâïàäàþò. Ïîýòîìó õàðàêòåðèñòèêà õîëîñòîãî õîäà â îòíîñèòåëüíûõ åäèíèöàõ ìîæåò áûòü ïðèíÿòà åäèíîé äëÿ âñåõ ãåíåðàòîðîâ; äëÿ êàæäîãî êîí152 êðåòíîãî ãåíåðàòîðà ðàçëè÷èå áóäåò òîëüêî â áàçèñíûõ åäèíèöàõ è êîýôôèöèåíòàõ íàñûùåíèÿ. ÂÎÏÐÎÑÛ 12.2.1. Ïî÷åìó ïðè áîëüøèõ ñêîðîñòÿõ ðîòîðû ñèíõðîííûõ ìàøèí äåëàþòñÿ íåÿâíîïîëþñíûìè? à) äëÿ óìåíüøåíèÿ ïîòåðü â ñòàëè ðîòîðà; á) áîëüøèå öåíòðîáåæíûå ñèëû, äåéñòâóþùèå íà ïîëþñû ÿâíîïîëþñíîãî ðîòîðà, íå ïîçâîëÿþò ïîëó÷èòü äîñòàòî÷íî íàäåæíîå êðåïëåíèå ïîëþñîâ ê ðîòîðó; â) äëÿ óïðîùåíèÿ êîíñòðóêöèè îáìîòêè âîçáóæäåíèÿ. 12.2.2. Ïî÷åìó â îòëè÷èå îò ðîòîðà àñèíõðîííîé ìàøèíû ñåðäå÷íèê ðîòîðà ñèíõðîííîé ìàøèíû äåëàåòñÿ ñïëîøíûì, à íå íàáèðàåòñÿ èç îòäåëüíûõ ëèñòîâ? 12.2.3. Êàêèå ñóùåñòâóþò ñïîñîáû âîçáóæäåíèÿ ñèíõðîííûõ ìàøèí? 12.2.4. Îáúÿñíèòå íàçíà÷åíèå òèðèñòîðíîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ â ñèñòåìå ñàìîâîçáóæäåíèÿ ñèíõðîííîãî ãåíåðàòîðà. 12.2.5. Îáúÿñíèòå óñòðîéñòâî ÿâíîïîëþñíûõ è íåÿâíîïîëþñíûõ ðîòîðîâ. 12.2.6. Êàêèå ïðèìåíÿþòñÿ ñïîñîáû êðåïëåíèÿ ïîëþñîâ â ñèíõðîííûõ ÿâíîïîëþñíûõ ìàøèíàõ? 12.2.7. ×åì îáåñïå÷èâàåòñÿ íåðàâíîìåðíûé âîçäóøíûé çàçîð â ñèíõðîííîé ìàøèíå? 12.3. Ïðèíöèï äåéñòâèÿ ñèíõðîííîãî ãåíåðàòîðà Åñëè âðàùàòü ðîòîð, ïî îáìîòêå êîòîðîãî ïðîòåêàåò ïîñòîÿííûé òîê, ñ ïîìîùüþ ïåðâè÷íîãî äâèãàòåëÿ (îáû÷íî ïàðîâîé èëè ãèäðàâëè÷åñêîé òóðáèíû), òî âìåñòå ñ ðîòîðîì áóäåò âðàùàòüñÿ è ìàãíèòíîå ïîëå, ñîçäàâàåìîå ðîòîðíîé îáìîòêîé. Ïðè ïåðåñå÷åíèè ýòèì ïîëåì ïðîâîäíèêîâ ñòàòîðíîé îáìîòêè â ïîñëåäíåé, â ñîîòâåòñòâèè ñ çàêîíîì ýëåêòðîìàãíèòíîé èíäóêöèè, áóäåò èíäóêòèðîâàòüñÿ ïåðåìåííàÿ ýëåêòðîäâèæóùàÿ ñèëà. ×àñòîòà ýòîé ÝÄÑ pn (12.1) f = , 60 153 ãäå p — ÷èñëî ïàð ïîëþñîâ ðîòîðà; n — ÷èñëî îáîðîòîâ ðîòîðà â ìèíóòó. Ñèíóñîèäàëüíûé õàðàêòåð èçìåíåíèÿ ÝÄÑ â ÿâíîïîëþñíûõ ìàøèíàõ îáåñïå÷èâàåòñÿ ñîîòâåòñòâóþùåé ôîðìîé ïîëþñíîãî íàêîíå÷íèêà, ïðè êîòîðîé ìàãíèòíàÿ èíäóêöèÿ ïîä ïîëþñîì ðàñïðåäåëÿåòñÿ ñèíóñîèäàëüíî.  íåÿâíîïîëþñíûõ ìàøèíàõ ñèíóñîèäàëüíîñòü ÝÄÑ äîñòèãàåòñÿ ñîîòâåòñòâóþùèì ðàñïîëîæåíèåì êàòóøåê Ðèñ. 12.6. Ðàñïðåäåëåíèå èíäóêöèè îáìîòêè âîçáóæäåíèÿ ïî îêâ ÿâíîïîëþñíîé ñèíõðîííîé ìàøèíå ðóæíîñòè ðîòîðà (ðèñ. 12.1, á, à òàêæå ðèñ. 12.6 è 12.7). ÂÎÏÐÎÑÛ 12.3.1. ×åìó ðàâíî ÷èñëî îáîðîòîâ äâóõïîëþñíîãî òóðáîãåíåðàòîðà, ðàáîòàþùåãî ñî ñòàíäàðòíîé ÷àñòîòîé 50 Ãö? à) 3000 îá/ìèí; á) 1500 îá/ìèí. 12.3.2. Îäèíàêîâà ëè íà Ðèñ. 12.7. Ðàñïðåäåëåíèå ÌÄÑ â íåÿâ- âñåì ïðîòÿæåíèè ïîëþñíîé íîïîëþñíîé ñèíõðîííîé ìàøèíå äóãè âåëè÷èíà âîçäóøíîãî çàçîðà ìåæäó æåëåçîì ñòàòîðà è ïîëþñíûì íàêîíå÷íèêîì ÿâíîïîëþñíîãî ðîòîðà? à) îäèíàêîâà; á) ïîä êðàÿìè ïîëþñà áîëüøå, ïîä ñåðåäèíîé — ìåíüøå. 12.4. Õîëîñòîé õîä ñèíõðîííîãî ãåíåðàòîðà Ïðè õîëîñòîì õîäå ãåíåðàòîðà (ò. å. ïðè îòñóòñòâèè òîêà â ñòàòîðíîé îáìîòêå) âåëè÷èíà ÝÄÑ îäíîé ôàçû ñòàòîðíîé îáìîòêè îïðåäåëÿåòñÿ àíàëîãè÷íî ÝÄÑ ñòàòîðà àñèíõðîííîé ìàøèíû 154 Ðèñ. 12.8. Õàðàêòåðèñòèêà õîëîñòîãî õîäà Ðèñ. 12.9. Õàðàêòåðèñòèêè õîëîñòîãî õîäà E 0 = 4, 44 fw1K 0 F 0 , (12.2) ãäå Ô0 — ìàãíèòíûé ïîòîê îäíîãî ïîëþñà.  îòëè÷èå îò àñèíõðîííûõ ìàøèí, â ñèíõðîííîé ìàøèíå âåëè÷èíó Ô0 ìîæíî ðåãóëèðîâàòü, èçìåíÿÿ âåëè÷èíó ïîñòîÿííîãî òîêà â îáìîòêå âîçáóæäåíèÿ. Òåì ñàìûì ìîæíî ðåãóëèðîâàòü è âåëè÷èíó ÝÄÑ E0. Çàâèñèìîñòü ÝÄÑ E0 îò òîêà âîçáóæäåíèÿ Iâ: E 0 = f (I â ) ïðè òîêå ñòàòîðà I = 0 è f = const íàçûâàåòñÿ õàðàêòåðèñòèêîé õîëîñòîãî õîäà (ðèñ. 12.8). Ïîñêîëüêó E0 ïðîïîðöèîíàëüíà ïîòîêó Ô0, a Iâ — íàìàãíè÷èâàþùåé ñèëå ðîòîðíîé îáìîòêè, òî õàðàêòåðèñòèêà õîëîñòîãî õîäà ïîäîáíà êðèâîé íàìàãíè÷èâàíèÿ. Ïåðåõîä îò íà÷àëüíîãî êðóòîãî ó÷àñòêà ê ïîëîãîìó îáúÿñíÿåòñÿ íàñûùåíèåì ìàãíèòíîé öåïè ìàøèíû. ÂÎÏÐÎÑÛ 12.4.1. Óêàæèòå ïðàâèëüíîå ñîîòíîøåíèå ñêîðîñòåé ñèíõðîííîãî ãåíåðàòîðà ïî õàðàêòåðèñòèêàì õîëîñòîãî õîäà (ðèñ. 12.9). à) n1 = n 2 = n 3 ; á) n1 < n 2 < n 3 ; â) n1 > n 2 > n 3 . 155 12.4.2. Âî ñêîëüêî ðàç óâåëè÷èòñÿ ÝÄÑ E0 ñèíõðîííîé ìàøèíû, åñëè òîê ðîòîðà óâåëè÷èòü â 1,5 ðàçà? à) â 1,5 ðàçà; á) ìàëî äàííûõ. 12.4.3. Êàêèå ìåðû ïðèíèìàþò äëÿ óëó÷øåíèÿ ôîðìû íàïðÿæåíèÿ â ÿâíîïîëþñíûõ è íåÿâíîïîëþñíûõ ñèíõðîííûõ ìàøèíàõ? Ëåêöèÿ 13 ÐÅÀÊÖÈß ßÊÎÐß ÑÈÍÕÐÎÍÍÎÉ ÌÀØÈÍÛ 13.1. Ðåàêöèÿ ÿêîðÿ íåÿâíîïîëþñíîãî ñèíõðîííîãî ãåíåðàòîðà Ðàññìîòðèì ðàáîòó òðåõôàçíîãî ñèíõðîííîãî ãåíåðàòîðà â àâòîíîìíîì ðåæèìå, êîãäà ê ôàçàì îáìîòêè ñòàòîðà ïîäêëþ÷åíû ðàâíûå è îäíîðîäíûå ñîïðîòèâëåíèÿ.  ýòîì ñëó÷àå ïðè ñèììåòðè÷íîé íàãðóçêå ïî ôàçíûì îáìîòêàì ãåíåðàòîðà ïðîõîäÿò ðàâíûå òîêè, ñäâèíóòûå ïî âðåìåíè äðóã îòíîñèòåëüíî äðóãà íà 120°. Ýòè òîêè ñîçäàþò ìàãíèòíîå ïîëå ÿêîðÿ, âðàùàþùååñÿ ñ ÷àñòîòîé n1, ðàâíîé ÷àñòîòå âðàùåíèÿ ðîòîðà n2. Ñëåäîâàòåëüíî, ìàãíèòíûå ïîòîêè ÿêîðÿ Ôà è âîçáóæäåíèÿ Ôâ áóäóò âçàèìíî íåïîäâèæíû è ðåçóëüòèðóþùèé ïîòîê ìàøèíû Ôðåç ïðè íàãðóçêå áóäåò ñîçäàâàòüñÿ ñóììàðíûì äåéñòâèåì ìàãíèòíî-äâèæóùàÿ ñèëà (ÌÄÑ) Fâ îáìîòêè âîçáóæäåíèÿ è ÌÄÑ Fà îáìîòêè ÿêîðÿ. Îäíàêî â ñèíõðîííîé ìàøèíå (â îòëè÷èå îò àñèíõðîííîé) ÌÄÑ îáìîòêè ðîòîðà (âîçáóæäåíèÿ) íå çàâèñèò îò íàãðóçêè, ïîýòîìó ðåçóëüòèðóþùèé ïîòîê ïðè ðàáîòå ãåíåðàòîðà â ðàññìàòðèâàåìîì ðåæèìå áóäåò ñóùåñòâåííî îòëè÷àòüñÿ îò ïîòîêà ïðè õîëîñòîì õîäå. Âîçäåéñòâèå ÌÄÑ ÿêîðÿ íà ìàãíèòíîå ïîëå ñèíõðîííîé ìàøèíû íàçûâàþò ðåàêöèåé ÿêîðÿ. Òàê êàê ïîä äåéñòâèåì ðåàêöèè ÿêîðÿ èçìåíÿåòñÿ ðåçóëüòèðóþùèé ïîòîê â ìàøèíå, òî íàïðÿæåíèå ãåíåðàòîðà, ðàáîòàþùåãî â àâòîíîìíîì ðåæèìå, áóäåò çàâèñåòü îò âåëè÷èíû è õàðàêòåðà íàãðóçêè, à òàêæå îò èíäèâèäóàëüíûõ îñîáåííîñòåé ìàøèíû: âåëè÷èíû ÌÄÑ îáìîòêè âîçáóæäåíèÿ, ñâîéñòâ ìàãíèòíîé ñèñòåìû è ò. ä. Ðàññìîòðèì, êàê ïðîÿâëÿåòñÿ ðåàêöèÿ ÿêîðÿ ïðè äâóõ îñíîâíûõ êîíñòðóêòèâíûõ ôîðìàõ ñèíõðîííûõ ìàøèí — íåÿâíî-ïîëþñíûõ è ÿâíîïîëþñíûõ. 157 Ðåàêöèÿ ÿêîðÿ â íåÿâíîïîëþñíîé ìàøèíå.  ýòîé ìàøèíå âåëè÷èíà âîçäóøíîãî çàçîðà ìåæäó ñòàòîðîì è ðîòîðîì ïî âñåé îêðóæíîñòè îñòàåòñÿ íåèçìåííîé, ïîýòîìó ðåçóëüòèðóþùèé ìàãíèòíûé ïîòîê ìàøèíû Ôðåç è ñîçäàâàåìàÿ èì ÝÄÑ E ïðè ëþáîé íàãðóçêå ìîãóò áûòü îïðåäåëåíû ïî õàðàêòåðèñòèêå õîëîñòîãî õîäà èñõîäÿ èç ðåçóëüòèðóþùåé ÌÄÑ Fðåç. Îäíàêî ïðè îòñóòñòâèè íàñûùåíèÿ â ìàãíèòíîé öåïè ìàøèíû ýòîò ìåòîä îïðåäåëåíèÿ ïîòîêà Ôðåç ìîæåò áûòü ñóùåñòâåííî óïðîùåí, òàê êàê îò ñëîæåíèÿ óêàçàííûõ ÌÄÑ ìîæíî ïåðåéòè ê íåïîñðåäñòâåííîìó âåêòîðíîìó ñëîæåíèþ ñîîòâåòñòâóþùèõ ïîòîêîâ: F ðåç = F â + F à . Ðàññìîòðèì âëèÿíèå ðåàêöèè ÿêîðÿ íà ðàáî÷èå ñâîéñòâà ñèíõðîííîé ìàøèíû ïðè ðàçëè÷íûõ óãëàõ ñäâèãà ôàç y ìåæäó ÝÄÑ E0 è òîêîì Ià â îáìîòêå ÿêîðÿ. Ýòîò óãîë îïðåäåëÿåòñÿ õàðàêòåðîì íàãðóçêè, ò. å. âåëè÷èíàìè ñîïðîòèâëåíèé r, xL è xC íàãðóçêè. Ïðè y = 0 (ðèñ. 13.1, à è 13.2, à) òîê â ôàçå ÀÕ äîñòèãàåò ìàêñèìóìà â ìîìåíò âðåìåíè, êîãäà îñè ïîëþñîâ N è S ðîòîðà ñîâïàäàþò ñ îñüþ ñðåäíåãî ïàçà ðàññìàòðèâàåìîé îáìîòêè. Äëÿ ýòîãî ñëó÷àÿ ïîêàçàíû äèàãðàììû ðàñïðåäåëåíèÿ îñíîâíûõ ãàðìîíèê ìàãíèòíûõ ïîëåé. Êðèâàÿ ðàñïðåäåëåíèÿ èíäóêöèè B à = f ( x) äëÿ äâóõïîëþñíîé ìàøèíû áóäåò ñìåùåíà îòíîñèòåëüíî êðèâîé èíäóêöèè B â = f ( x) â ïðîñòðàíñòâå íà 90°, ò. å. ïîòîê ÿêîðÿ Ôà äåéñòâóåò â íàïðàâëåíèè, ïåðïåíäèêóëÿðíîì äåéñòâèþ ïîòîêà âîçáóæäåíèÿ Ôâ (ïîïåðåê îñè ïîëþñîâ).  òåîðèè ñèíõðîííîé ìàøèíû îñü, ïðîõîäÿùóþ ÷åðåç ñåðåäèíó ïîëþñîâ, íàçûâàþò ïðîäîëüíîé è îáîçíà÷àþò áóêâàìè d-d; îñü, ïðîõîäÿùóþ ìåæäó ïîëþñàìè, íàçûâàþò ïîïåðå÷íîé è îáîçíà÷àþò áóêâàìè q-q. Ñëåäîâàòåëüíî, ïðè y = 0 ïîòîê ÿêîðÿ äåéñòâóåò ïî ïîïåðå÷íîé îñè ìàøèíû, ðàçìàãíè÷èâàÿ îäíó ïîëîâèíó êàæäîãî ïîëþñà è ïîäìàãíè÷èâàÿ äðóãóþ. Êðèâàÿ ðàñïðåäåëåíèÿ ðåçóëüòèðóþùåé èíäóêöèè. B ðåç = f ( x) ïðè ýòîì ñäâèãàåòñÿ îòíîñèòåëüíî êðèâîé B â = f ( x) ïðîòèâ íàïðàâëåíèÿ âðàùåíèÿ ðîòîðà.  ñîîòâåòñòâèè ñ ïðîñòðàíñòâåííûì ñäâèãîì êðèâûõ ðàñïðåäåëåíèÿ èíäóêöèè ñäâèãàþòñÿ è âåêòîðû ïîòîêîâ íà âåêòîðíîé äèàãðàììå, ò. å. âåê158 Ðèñ. 13.1. Êàðòèíû ìàãíèòíûõ ïîòîêîâ â íåÿâíîïîëþñíîé ìàøèíå ïðè ðàçëè÷íûõ óãëàõ y íàãðóçêè òîð Ôà îòñòàåò îò âåêòîðà Ôâ íà 90°. Ïðè ýòîì ìîäóëü âåêòîðà ðåçóëüòèðóþùåãî ïîòîêà F ðåç = F 2â + F à2 . Ïðè y = 90° (ðèñ. 13.1, á è 13.2, á) òîê â ôàçå ÀÕ äîñòèãàåò ìàêñèìóìà íà ÷åòâåðòü ïåðèîäà ïîçäíåå ìîìåíòà, ñîîòâåòñòâóþùåãî ìàêñèìóìó ÝÄÑ E0. Çà ýòî âðåìÿ ïîëþñû ðîòîðà ïåðåìåñòÿòñÿ íà ïîëîâèíó ïîëþñíîãî äåëåíèÿ, âñëåäñòâèå ÷åãî êðèâàÿ B à = f ( x) ñìåñòèòñÿ îòíîñèòåëüíî êðèâîé B â = f ( x) íà 180°. Ïðè ýòîì ïîòîê ÿêîðÿ Ôà äåéñòâóåò ïî ïðîäîëüíîé îñè ìàøèíû ïðîòèâ ïîòîêà âîçáóæäåíèÿ Ôâ; ðåçóëüòèðóþùèé ïîòîê F ðåç = F â - F à ñèëüíî óìåíüøàåòñÿ, âñëåäñòâèå ÷åãî óìåíüøàåòñÿ è ÝÄÑ ÿêîðÿ E. Òàêèì îáðàçîì, ïðè y = 90° ðåàêöèÿ ÿêîðÿ äåéñòâóåò íà ìàøèíó ðàçìàãíè÷èâàþùèì îáðàçîì. Ïðè y = -90° (ðèñ. 13.1, â è 13.2, â) ïîòîê ÿêîðÿ òàêæå äåéñòâóåò ïî ïðîäîëüíîé îñè ìàøèíû, íî ñîâïàäàåò ïî íàïðàâëåíèþ ñ ïîòîêîì âîçáóæäåíèÿ, ò. å. F ðåç = F â + F à . Ñëåäîâàòåëüíî, ïðè y = -90° ðåàêöèÿ ÿêîðÿ äåéñòâóåò íà ìàøèíó ïîäìàãíè÷èâàþùèì îáðàçîì, óâåëè÷èâàÿ åå ðåçóëüòèðóþùèé ïîòîê Ôðåç è ÝÄÑ E. Âûâîäû, ïîëó÷åííûå íà îñíîâàíèè ðàññìîòðåííûõ òðåõ ñëó÷àåâ, ìîæíî ðàñïðîñòðàíèòü è íà îáùèé ñëó÷àé, êîãäà -90°< y < 90°. Ïðè ýòîì õàðàêòåðíûì ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî îòñòàþùèé òîê (àêòèâíî-èíäóêòèâíàÿ íàãðóçêà) ðàçìàãíè÷èâàåò ìàøè159 Ðèñ. 13.2. Êðèâûå ðàñïðåäåëåíèÿ èíäóêöèè â íåÿâíîïîëþñíîé ìàøèíå è âåêòîðíûå äèàãðàììû ïîòîêîâ è ÝÄÑ ïðè ðàçëè÷íûõ óãëàõ y íó, à îïåðåæàþùèé òîê (àêòèâíî-åìêîñòíàÿ íàãðóçêà) ïîäìàãíè÷èâàåò åå. ÝÄÑ E ïðè ðàáîòå ãåíåðàòîðà ïîä íàãðóçêîé ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê ñóììó äâóõ ñîñòàâëÿþùèõ: E& = E& 0 + E& a . 160 (13.1) 13.2. Ðåàêöèÿ ÿêîðÿ â ÿâíîïîëþñíîé ìàøèíå  ýòîé ìàøèíå âîçäóøíûé çàçîð ìåæäó ñòàòîðîì è ðîòîðîì íå îñòàåòñÿ ïîñòîÿííûì: îí ðàñøèðÿåòñÿ ïî íàïðàâëåíèþ ê êðàÿì ïîëþñîâ è ðåçêî óâåëè÷èâàåòñÿ â çîíå ìåæäóïîëþñíîãî ïðîñòðàíñòâà. Ñëåäîâàòåëüíî, ïîòîê ÿêîðÿ çäåñü çàâèñèò íå òîëüêî îò âåëè÷èíû ÌÄÑ ÿêîðÿ Fà, íî è îò ïîëîæåíèÿ êðèâîé ðàñïðåäåëåíèÿ ýòîé ÌÄÑ Fa = f ( x) îòíîñèòåëüíî ïîëþñîâ ðîòîðà, òàê êàê îäíà è òà æå ÌÄÑ ÿêîðÿ â çàâèñèìîñòè îò åå ïðîñòðàíñòâåííîãî ïîëîæåíèÿ ñîçäàåò ðàçëè÷íûå ìàãíèòíûå ïîòîêè. Ðèñ. 13.3. Êðèâûå ðàñïðåäåëåíèÿ ÌÄÑ ÿêîðÿ è ñîçäàâàåìîé åþ èíäóêöèè â ÿâíîïîëþñíîé ìàøèíå Òàê, íàïðèìåð, ïðè óãëå y = 0° (ðèñ. 13.3, à), êîãäà ïîòîê ÿêîðÿ íàïðàâëåí ïî ïîïåðå÷íîé îñè ìàøèíû, êðèâàÿ ðàñïðåäåëåíèÿ èíäóêöèè B à = B àq èìååò ñåäëîîáðàçíóþ ôîðìó, õîòÿ ÌÄÑ ÿêîðÿ Fà ðàñïðåäåëåíà ñèíóñîèäàëüíî. Ïðè ýòîì ìàêñèìóìó ÌÄÑ Fà ñîîòâåòñòâóåò íåáîëüøàÿ èíäóêöèÿ, òàê êàê ìàãíèòíîå ñîïðîòèâëåíèå âîçäóøíîãî çàçîðà ìàêñèìàëüíî. Ïðè óãëå y = 90 o (ðèñ. 13.3, á), êîãäà ïîòîê ÿêîðÿ íàïðàâëåí ïî ïðîäîëüíîé îñè ìàøèíû, êðèâàÿ ðàñïðåäåëåíèÿ èíäóêöèè B à = B àd ðàñïîëîæåíà ñèììåòðè÷íî îòíîñèòåëüíî îñè ïîëþñîâ d-d.  ýòîì ñëó÷àå èíäóêöèÿ èìååò áîëüøóþ âåëè÷èíó, ÷åì ïðè y = 0, òàê 161 êàê ìàãíèòíîå ñîïðîòèâëåíèå âîçäóøíîãî çàçîðà â äàííîì ìåñòå íåâåëèêî. Ñîîòâåòñòâåííî, ðàçëè÷íûå ìàêñèìàëüíûå çíà÷åíèÿ áóäóò èìåòü è ïåðâûå ãàðìîíèêè B ad 1 è B aq1 óêàçàííûõ êðèâûõ (øòðèõîâûå ëèíèè). Ðèñ. 13.4. Ïðîäîëüíûå è ïîïåðå÷íûå ñîñòàâëÿþùèå âåêòîðîâ ÌÄÑ Fà è òîêà ÿêîðÿ ià ×òîáû èçáåæàòü òðóäíîñòåé, ñâÿçàííûõ ñ èçìåíåíèåì ðåçóëüòèðóþùåãî ñîïðîòèâëåíèÿ âîçäóøíîãî çàçîðà ïðè ðàçëè÷íûõ ðåæèìàõ ðàáîòû ìàøèíû, ïðè àíàëèçå ðàáîòû ÿâíîïîëþñíîé ñèíõðîííîé ìàøèíû èñïîëüçóþò òàê íàçûâàåìûé ìåòîä äâóõ ðåàêöèé. Ñîãëàñíî ýòîìó ìåòîäó ÌÄÑ ÿêîðÿ Fà â îáùåì ñëó÷àå ïðåäñòàâëÿþò â âèäå ñóììû äâóõ ñîñòàâëÿþùèõ: ïðîäîëüíîé F r àd =rFà sinry è ïîïåðå÷íîé Fàq = Fà cos y (ðèñ. 13.4, à), ïðè÷åì Fà = Fàd + Fàq . Ïðîäîëüíàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ Fad ñîçäàåò ïðîäîëüíûé ïîòîê ÿêîðÿ Ôad, èíäóêòèðóþùèé â îáìîòêå ÿêîðÿ ÝÄÑ Ead, à ïîïåðå÷íàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ Faq — ïîïåðå÷íûé ïîòîê Ôaq, èíäóêòèðóþùèé ÝÄÑ Eaq, ïðè÷åì ïðèíèìàþò, ÷òî ýòè ïîòîêè íå îêàçûâàþò âëèÿíèÿ äðóã íà äðóãà.  ñîîòâåòñòâèè ñ ïðèíÿòûì ìåòîäîì òîê ÿêîðÿ Ià, ñîçäàþùèé ÌÄÑ Fà, òàêæå ïðåäñòàâëÿþò â âèäå äâóõ ñîñòàâëÿþùèõ: ïðîäîëüíîé Id è ïîïåðå÷íîé Iq (ðèñ. 13.4, á). 162 Âåëè÷èíó ìàãíèòíûõ ïîòîêîâ Ôad è Ôaq è èíäóêòèðóåìûõ èìè ÝÄÑ Ead è Eaq (ðèñ. 13.5, à) ìîæíî îïðåäåëèòü ïî êðèâîé íàìàãíè÷èâàíèÿ ìàøèíû èëè ïî ñïðÿìëåííîé õàðàêòåðèñòèêå (ðèñ. 13.5, á). Îäíàêî êðèâàÿ íàìàãíè÷èâàíèÿ ñòðîèòñÿ äëÿ ÌÄÑ âîçáóæäåíèÿ, èìåþùåé íå ñèíóñîèäàëüíîå, à ïðÿìîóãîëüíîå ðàñïðåäåëåíèå âäîëü îêðóæíîñòè ÿêîðÿ. ×òîáû âîñïîëüçîâàòüñÿ óêàçàííîé êðèâîé èëè ñïðÿìëåííîé õàðàêòåðèñòèêîé ÌÄÑ, Fad è Faq ñëåäóåò ïðèâåñòè ê ïðÿìîóãîëüíîé ÌÄÑ âîçáóæäåíèÿ Fâ, ò. å. íàéòè èõ ýêâèâàëåíòíûå çíà÷åíèÿ Fà¢d è Fà¢q . Ðèñ. 13.5. Âåêòîðíàÿ äèàãðàììà ïîòîêîâ: à — Ôad è Ôaq è ÝÄÑ Ead è Eaq ÿâíîïîëþñíîé ìàøèíû; á — èõ îïðåäåëåíèå ïî õàðàêòåðèñòèêå õîëîñòîãî õîäà Óñòàíîâëåíèå ýêâèâàëåíòíûõ çíà÷åíèé Fà¢d è Fà¢q ïðîèçâîäÿò íà îñíîâàíèè ñëåäóþùèõ îòîáðàæåíèé: ÌÄÑ Fad è Faq ñîçäàþò â âîçäóøíîì çàçîðå ìàøèíû èíäóêöèè Bad è Baq, ðàñïðåäåëåííûå âäîëü îêðóæíîñòè ÿêîðÿ, òàê æå, êàê è èíäóêöèÿ, ñîçäàâàåìûå ÌÄÑ Fà ñîîòâåòñòâåííî ïðè óãëàõ y = 0 o è y = 90 o (ñì. ðèñ 13.3, à, á). Ïåðâûå ãàðìîíèêè B àd 1 è B àq1 êðèâûõ B àd = f ( x) è B àq = f ( x) îáðàçóþò ìàãíèòíûå ïîòîêè F àd = Fàq Fàd è F àq = , R ìàq R ìàd 163 ãäå Rìad è Rìaq — ìàãíèòíûå ñîïðîòèâëåíèÿ äëÿ ñîîòâåòñòâóþùèõ ïîòîêîâ, ó÷èòûâàþùèå íå òîëüêî ôîðìó âîçäóøíîãî çàçîðà, íî è ñèíóñîèäàëüíîñòü êðèâîé ðàñïðåäåëåíèÿ ÌÄÑ Fad è Faq âäîëü îêðóæíîñòè ÿêîðÿ. ÌÄÑ âîçáóæäåíèÿ ñîçäàâàëà áû òàêèå æå ïîòîêè Ôad è Ôaq ïðè ìåíüøèõ âåëè÷èíàõ ÌÄÑ Fà¢d è Fà¢q . F àd = Fàq Fà¢q Fàd F¢ . = à d è F àq = = R ìàd R ìâ R ìàq R ìâ Èç ïîñëåäíèõ âûðàæåíèé ìîæíî íàéòè êîýôôèöèåíòû ðåàêöèè ÿêîðÿ kd è kq, õàðàêòåðèçóþùèå óìåíüøåíèå ýôôåêòèâíûõ çíà÷åíèé ÌÄÑ ÿêîðÿ: kd = Fà¢q R Fà¢d R = ì.â , = ìâ ; k q = Fàq R ìàq Fàd R ìàd ãäå Rì.â — ìàãíèòíîå ñîïðîòèâëåíèå ïîòîêà âîçáóæäåíèÿ, ó÷èòûâàþùåå íå òîëüêî ôîðìó âîçäóøíîãî çàçîðà ïî ïðîäîëüíîé îñè, íî è ïðÿìîóãîëüíîå ðàñïðåäåëåíèå ÌÄÑ Fâ âäîëü îêðóæíîñòè ÿêîðÿ. Êîýôôèöèåíòû kd è kq ôèçè÷åñêè õàðàêòåðèçóþò óìåíüøåíèå ìàãíèòíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ äëÿ ïîòîêà Ôâ ïî ñðàâíåíèþ ñ ïîòîêàìè Ôad è Ôaq. Îáû÷íî k d = 0,8–0,95; k d = 0,3–065.  ìàøèíå ñ ÿâíîâûðàæåííûìè ïîëþñàìè ÝÄÑ E ïðè ðàáîòå ãåíåðàòîðà ïîä íàãðóçêîé ìîæíî ïðåäñòàâèòü êàê ñóììó òðåõ ñîñòàâëÿþùèõ: (13.3) E& = E& 0 + E& àd + E& àq . ÝÄÑ Ead è Eaq, èíäóêòèðóåìûå ïðîäîëüíûì Ôad è ïîïåðå÷íûì Ôaq ïîòîêàìè ÿêîðÿ, ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé ïî ñóùåñòâó ÝÄÑ ñàìîèíäóêöèè, òàê êàê ïîòîêè Ôad è Ôaq ñîçäàþòñÿ ÌÄÑ Fad è Faq, ïðîïîðöèîíàëüíûìè òîêàì Id è Iq. Ïîýòîìó äëÿ íåíàñûùåííîé ìàøèíû ìîæíî ñ÷èòàòü, ÷òî E& àd = - jI& d X àd ; E& àq = - jI& q X àq , (13.4) ãäå Xad è Xaq — èíäóêòèâíûå ñîïðîòèâëåíèÿ îáìîòêè ÿêîðÿ, ñîîòâåòñòâóþùèå ïîëÿì ïðîäîëüíîé è ïîïåðå÷íîé ðåàêöèè ÿêîðÿ. 164 ÂÎÏÐÎÑÛ 13.2.1.  ÷åì ñîñòîèò ÿâëåíèå ðåàêöèè ÿêîðÿ? 13.2.2. Êàêîâî äåéñòâèå ðåàêöèè ÿêîðÿ ïðè àêòèâíîé, èíäóêòèâíîé è åìêîñòíîé íàãðóçêàõ ñèíõðîííîãî ãåíåðàòîðà? 13.2.3. Êàêèå ÝÄÑ íàâîäÿò â îáìîòêå ñòàòîðà ÿâíîïîëþñíîãî ñèíõðîííîãî ãåíåðàòîðà ìàãíèòíûå ïîòîêè ðåàêöèè ÿêîðÿ, è êàêèì èíäóêòèâíûì ñîïðîòèâëåíèÿì ýòè ÝÄÑ ýêâèâàëåíòíû? 13.2.4. Êàê è çà÷åì ÌÄÑ îáìîòêè ÿêîðÿ ïðèâîäèòñÿ ê ÌÄÑ îáìîòêè âîçáóæäåíèÿ? Ëåêöèÿ 14 ÂÅÊÒÎÐÍÛÅ ÄÈÀÃÐÀÌÌÛ ÃÅÍÅÐÀÒÎÐÀ 14.1. Íåÿâíîïîëþñíûé ãåíåðàòîð Ïðè àíàëèçå ðàáîòû ñèíõðîííûõ ãåíåðàòîðîâ è äâèãàòåëåé îáû÷íî èñïîëüçóþò âåêòîðíûå äèàãðàììû: ïðè êà÷åñòâåííîì — óïðîùåííûå äèàãðàììû, ñïðàâåäëèâûå äëÿ ìàøèí, â êîòîðûõ îòñóòñòâóåò íàñûùåíèå; ïðè êîëè÷åñòâåííîì — óòî÷íåííûå äèàãðàììû. Äëÿ öåïè ÿêîðÿ íåÿâíîïîëþñíîãî ñèíõðîííîãî ãåíåðàòîðà ìîæíî íàïèñàòü óðàâíåíèå U& = E& + E& sà - I& à R à , èëè (14.1) U& = E& - jI& à X sà - I& à R à = E& 0 + E& à - jI& à X sà - I& à R à , (14.2) ãäå E sà — ÝÄÑ, èíäóêòèðîâàííàÿ â îáìîòêå ÿêîðÿ ïîòîêîì ðàññåÿíèÿ; X sà — èíäóêòèâíîå ñîïðîòèâëåíèå, îáóñëîâëåííîå ýòèì ïîòîêîì. Âåêòîðíàÿ äèàãðàììà íåÿâíîïîëþñíîé ìàøèíû (ðèñ. 14.1), íàçûâàåìàÿ äèàãðàììîé Ïîòüå, ïîçâîëÿåò îïðåäåëèòü ÝÄÑ õîëîñòîãî õîäà E0 ñ ó÷åòîì íàñûùåíèÿ, åñëè çàäàíû íàïðÿæåíèå, òîê íàãðóçêè (ïî âåëè÷èíå è ôàçå), õàðàêòåðèñòèêà õîëîñòîãî õîäà è ïàðàìåòðû ìàøèíû. Ïðè åå ïîñòðîåíèè ïî èçâåñòíûì ïàäåíèÿì íàïðÿæåíèÿ îïðåäåëÿþò âåêòîð ÝÄÑ. E& = U& + I& à R à + jI& à X sà . (14.3) Òàê êàê ÝÄÑ E èíäóêòèðóåòñÿ ðåçóëüòèðóþùèì ïîòîêîì Ôðåç, êîòîðûé ñîçäàåòñÿ ðåçóëüòèðóþùåé ÌÄÑ F&ðåç = F&â + k d F&à , òî ïî õàðàêòåðèñòèêå õîëîñòîãî õîäà (ñì. ðèñ. 14.1, á) ìîæíî îïðåäå166 & ðåç ñîâïàäàþò ëèòü Fðåç, ñîîòâåòñòâóþùóþ ÝÄÑ E. Âåêòîðû F&ðåç è F ïî ôàçå, îäíàêî îáà ýòè âåêòîðà îïåðåæàþò âåêòîð E& íà 90°. Çíàÿ Fðåç è ïàðàìåòðû ìàøèíû, ìîæíî íàéòè ÌÄÑ âîçáóæäåíèÿ F&â = F&ðåç - k d F&à , à çàòåì ïî õàðàêòåðèñòèêå õîëîñòîãî õîäà îïðåäåëèòü ÝÄÑ õîëîñòîãî õîäà E0. Âåêòîð E& 0 îòñòàåò îò âåêòîðà F&â íà 90°. Êîãäà òðåáóåòñÿ ïåðåéòè îò ðåæèìà õîëîñòîãî õîäà ê ðåæèìó íàãðóçêè, ïîñòðîåíèÿ ïðîèçâîäÿò â îáðàòíîì ïîðÿäêå. Ðèñ. 14.1. Âåêòîðíàÿ äèàãðàììà ñèíõðîííîé íåÿâíîïîëþñíîé ìàøèíû è õàðàêòåðèñòèêà õîëîñòîãî õîäà Åñëè ìàøèíà íå íàñûùåíà, òî âåêòîðíàÿ äèàãðàììà ñóùåñòâåííî óïðîùàåòñÿ, òàê êàê â ýòîì ñëó÷àå ìîæíî ñêëàäûâàòü íå ÌÄÑ Fâ è kdFa, à ñîîòâåòñòâóþùèå èì ïîòîêè è ÝÄÑ. Óïðîùåííóþ âåêòîðíóþ äèàãðàììó ñèíõðîííîé íåÿâíîïîëþñíîé ìàøèíû (ðèñ. 14.2, à) ñòðîÿò ïî óðàâíåíèþ (14.2), êîòîðîå ñ ó÷åòîì (13.2) ïðèíèìàåò âèä U& = E& - jI& à X sà - I& à R à = E& 0 + E& à - jI& a X sà - I& à R à . (14.4) Ïîñêîëüêó ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ â àêòèâíîì ñîïðîòèâëåíèè îáìîòêè ÿêîðÿ IàRà ñðàâíèòåëüíî íåâåëèêî, èì ìîæíî ïðåíåáðå÷ü. Çàìåíÿÿ, êðîìå òîãî, â óðàâíåíèè (14.4) E& à = - jIX à , ïîëó÷èì U& = E& 0 - jI& à X à - jI& à X sà = E& 0 - jI&à X ñí . (14.5) 167 Âåëè÷èíó X ñí = X a + X sa íàçûâàþò ïîëíûì, èëè ñèíõðîííûì, èíäóêòèâíûì ñîïðîòèâëåíèåì ìàøèíû. Óïðîùåííàÿ âåêòîðíàÿ äèàãðàììà, ñîîòâåòñòâóþùàÿ óðàâíåíèþ (14.3), èçîáðàæåíà íà ðèñ. 14.2, á; åå øèðîêî èñïîëüçóþò ïðè êà÷åñòâåííîì àíàëèçå ðàáîòû ñèíõðîííîé ìàøèíû. Íåîáõîäèìî, îäíàêî, îòìåòèòü, ÷òî îïðåäåëåíèå E& 0 ïî óïðîùåííîé äèàãðàììå äàåò íåñêîëüêî áîëüøóþ âåëè÷èíó, ÷åì ïî òî÷íîé äèàãðàììå (ñì. ðèñ. 14.1, à), â êîòîðîé ó÷èòûâàåòñÿ íàñûùåíèå. Ðèñ. 14.2. Óïðîùåííûå âåêòîðíûå äèàãðàììû ñèíõðîííîé íåÿâíîïîëþñíîé ìàøèíû Óãîë q ìåæäó âåêòîðàìè U& è E& 0 íàçûâàþò óãëîì íàãðóçêè. Ïðè ðàáîòå ñèíõðîííîé ìàøèíû â ãåíåðàòîðíîì ðåæèìå íàïðÿæåíèå U& âñåãäà îòñòàåò îò ÝÄÑ E0, â ýòîì ñëó÷àå óãîë q ñ÷èòàåòñÿ ïîëîæèòåëüíûì. ×åì áîëüøå íàãðóçêà ãåíåðàòîðà (îòäàâàåìàÿ èì ìîùíîñòü), òåì áîëüøå óãîë q. 14.2. ßâíîïîëþñíûé ãåíåðàòîð Óïðîùåííóþ äèàãðàììó ñèíõðîííîé ÿâíîïîëþñíîé ìàøèíû ìîæíî ïîñòðîèòü ïî óðàâíåíèþ U& = E& + E& sa - I& a R a = E& 0 + E& ad + E& aq + E& sa - I& a R a . (14.6, à) 168 Íà ðèñ. 14.3, à ïðèâåäåíà âåêòîðíàÿ äèàãðàììà, ñîîòâåòñòâóþùàÿ óðàâíåíèþ 14.6, à. Åñëè ïðåíåáðå÷ü ìàëîé âåëè÷èíîé Ra, òî (14.6, á) U& = E& 0 + E& ad + E& aq + E& sa . ÝÄÑ E s×a , èíäóêòèðóåìóþ â îáìîòêå ÿêîðÿ ïîòîêîì ðàññåÿíèÿ, ìîæíî ïðåäñòàâèòü â âèäå ñóììû äâóõ ñîñòàâëÿþùèõ, îðèåíòèðîâàííûõ ïî îñÿì d-d è q-q: (14.7) E& sa = E& sad + E& saq , ãäå E& saq = - jI& q X sa , E& sad = - jI& d X sa , (14.8) èëè E sad = E sa sin y = I a X sa sin y = I d X sa ; E saq = E sa cos y = I a X sa cos y = I q X sa . Ñ ó÷åòîì (14.8) âìåñòî (14.6, á) ïîëó÷èì U& = E& 0 + E& ad + E& aq + E& sad + E& saq = E& 0 + E& d + E& q , (14.9, à) ãäå E& d = E& ad + E& sad; E& q = E& aq + E& saq . Âåêòîðíàÿ äèàãðàììà, ïîñòðîåííàÿ ïî (14.9, à), ïðèâåäåíà íà ðèñ. 14.3, á. Çàìåíèì ÝÄÑ ñîîòâåòñòâóþùèìè èíäóêòèâíûìè ïàäåíèÿìè íàïðÿæåíèÿ: U& = E& 0 - jI& d X ad - jI& q X aq - jI& d X sa - jI& q X sa . Èëè U& = E& 0 - jI& d X d - jI& q X q , (14.9, á) ãäå X d = X ad + X sa ; X q = X aq + X sa . Ñîïðîòèâëåíèÿ Xd è Xq íàçûâàþò ïîëíûìè, èëè ñèíõðîííûìè, èíäóêòèâíûìè ñîïðîòèâëåíèÿìè îáìîòêè ÿêîðÿ ïî ïðîäîëüíîé è ïîïåðå÷íîé îñÿì. Íà ðèñ. 14.3, â ïðèâåäåíà âåêòîðíàÿ äèàãðàììà, ïîñòðîåííàÿ ïî (14.9, á). Åñëè çàäàíû âåêòîðû òîêà I& a è íàïðÿæåíèÿ U& , à óãîë y íåèçâåñòåí, òî åãî ìîæíî îïðåäåëèòü, ïðîâåäÿ èç êîíöà âåêòîðà íàïðÿæåíèÿ U& îòðåçîê ab, ðàâíûé IaXq è ïåðïåíäèêóëÿðíûé âåêòî169 Ðèñ. 14.3. Óïðîùåííûå âåêòîðíûå äèàãðàììû ñèíõðîííîé ÿâíîïîëþñíîé ìàøèíû ðó òîêà Ia. Ïðè ýòîì òî÷êà b áóäåò ðàñïîëîæåíà íà âåêòîðå ÝÄÑ E& 0 èëè åãî ïðîäîëæåíèè, òàê êàê ïðîåêöèÿ îòðåçêà ab íà âåêòîð E& q ðàâíà ìîäóëþ ýòîãî âåêòîðà: ab cos y = I a X q cos y = I q X q = E q . ÂÎÏÐÎÑÛ 14.2.1. ×åìó ðàâíî íàïðÿæåíèå íà ãåíåðàòîðå U& , åñëè & E 0 = 1075 + j150 B, I& = 100 - j50 A è X ñí = 1,5 Oì? à) U& = 1150 + j 300 B; á) U& = 1000 B; â) U& = 1000 + j 75 B. 14.2.2. Ïîñòðîéòå âåêòîðíóþ äèàãðàììó ñèíõðîííîãî ãåíåðàòîðà, ðàáîòàþùåãî íà àêòèâíî-åìêîñòíóþ íàãðóçêó. 14.3. Îïðåäåëåíèå èíäóêòèâíûõ ñîïðîòèâëåíèé Xd è Xq Ñèíõðîííûå èíäóêòèâíûå ñîïðîòèâëåíèÿ íàõîäÿò ïî ðåçóëüòàòàì îïûòîâ õîëîñòîãî õîäà è êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ. Ïðè îïûòå õîëîñòîãî õîäà îïðåäåëÿþò õàðàêòåðèñòèêó õîëîñòîãî õî170 äà E 0 = f (I â ) ïðè íîìèíàëüíîé ÷àñòîòå âðàùåíèÿ ìàøèíû, èçìåíÿÿ òîê âîçáóæäåíèÿ Iâ. Ïðè îïûòå êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ ôàçû îáìîòêè ÿêîðÿ çàìûêàþò íàêîðîòêî ÷åðåç àìïåðìåòðû, ïîñëå ÷åãî ðîòîð ïðèâîäÿò âî âðàùåíèå ñ íîìèíàëüíîé ÷àñòîòîé è ñíèìàþò õàðàêòåðèñòèêó êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ, ò. å. çàâèñèìîñòü òîêà ÿêîðÿ îò òîêà âîçáóæäåíèÿ I a = f (I â ). Ýòà õàðàêòåðèñòèêà (ðèñ. 14.4) èìååò ëèíåéíûé õàðàêòåð, òàê êàê ïðè óñëîâèè R a = 0 ñîïðîòèâëåíèå öåïè ÿêîðÿ ÿâëÿåòñÿ ÷èñòî èíäóêòèâíûì, è òîê êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ I ê = I d (ðèñ. 14.5) ñîçäàåò ïîòîê ðåàêöèè ÿêîðÿ, ðàçìàãíè÷èâàþùèé ìàøèíó.  ðåçóëüòàòå ìàãíèòíàÿ öåïü ìàøèíû îêàçûâàåòñÿ íåíàñûùåííîé, ò. å. ÝÄÑ E0 è òîê Iê èçìåíÿþòñÿ ïðîïîðöèîíàëüíî òîêó âîçáóæäåíèÿ Iâ. Ðèñ. 14.4. Õàðàêòåðèñòèêè õîëîñòîãî õîäà è êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ Ðèñ. 14.5. Âåêòîðíàÿ äèàãðàììà ÿâíîïîëþñíîé ìàøèíû ïðè êîðîòêîì çàìûêàíèè Ïðè ðàáîòå â ðàññìàòðèâàåìîì ðåæèìå íàïðÿæåíèå U = 0, ïîýòîìó óðàâíåíèÿ (14.8, á) è (14.5) äëÿ ÿâíîïîëþñíîé è íåÿâíîïîëþñíîé ìàøèí ïðèíèìàþò ñîîòâåòñòâåííî âèä: E& 0 = jI& ê X ad + jI& ê X sa = jI& ê X d , (14.10, à) E& 0 = jI& ê X a + jI& ê X sa = jI&ê X ñí . (14.10, á) 171 Èç ôîðìóëû (14.10, à) ìîæíî îïðåäåëèòü ñèíõðîííîå èíE äóêòèâíîå ñîïðîòèâëåíèå ìàøèíû ïî ïðîäîëüíîé îñè X d = 0 , Iê ãäå ÝÄÑ E0 è òîê Iê äîëæíû áûòü âçÿòû ïðè îäíîì è òîì æå çíà÷åíèè òîêà âîçáóæäåíèÿ (ñì. ðèñ. 14.4). Äëÿ ïðÿìîëèíåéíîãî ó÷àñòêà õàðàêòåðèñòèêè õîëîñòîãî õîäà áåçðàçëè÷íî, ïðè êàêîì òîêå âîçáóæäåíèÿ îïðåäåëÿåòñÿ Xd, òàê êàê âî âñåõ ñëó÷àÿõ X d = const. Ýòî æå çíà÷åíèå ñîïðîòèâëåíèÿ Xd ïîëó÷èì ïðè îïðåäåëåíèè E0 ïî ñïðÿìëåííîé õàðàêòåðèñòèêå õîëîñòîãî õîäà Îà, ñîîòâåòñòâóþùåé íåíàñûùåííîé ìàøèíå. Ïðè ó÷åòå íàñûùåíèÿ ñîïðîòèâëåíèå Xd óìåíüøàåòñÿ. Îäíàêî åãî âåëè÷èíà áóäåò ðàçëè÷íîé äëÿ ðàçíûõ òî÷åê ðåàëüíîé õàðàêòåðèñòèêè õîëîñòîãî õîäà. Ïîýòîìó ïðàêòè÷åñêè óïîòðåáëÿåòñÿ çíà÷åíèå Xd äëÿ íåíàñûùåííîé ìàøèíû, à ó÷åò íàñûùåíèÿ, åñëè ýòî òðåáóåòñÿ, ïðîèçâîäèòñÿ ïóòåì íåïîñðåäñòâåííîãî îïðåäåëåíèÿ ñîîòâåòñòâóþùèõ ÝÄÑ ïî õàðàêòåðèñòèêå õîëîñòîãî õîäà (êàê ýòî áûëî ïîêàçàëî â ïîäðàçä. 11.1). Åñëè èçâåñòíû êîýôôèöèåíòû ïðèâåäåíèÿ kd è kq, òî ïî ïîëó÷åííîìó çíà÷åíèþ Xd ìîæíî îïðåäåëèòü ñèíõðîííîå èíäóêòèâíîå ñîïðîòèâëåíèå ïî ïîïåðå÷íîé îñè Xq = kq Xd. kd E0 . Iê Åñëè âûðàçèòü ñèíõðîííûå èíäóêòèâíûå ñîïðîòèâëåíèÿ â îòíîñèòåëüíûõ åäèíèöàõ, òî ïîëó÷èì  íåÿâíîïîëþcíûõ ìàøèíàõ X d = X q = X ñí , ò. å. X ñí = X d* = I à.íîì I X d , X q * = à.íîì X q , U íîì U íîì (14.11) ãäå Ià.íîì è Uíîì — íîìèíàëüíûå âåëè÷èíû ôàçíûõ òîêà è íàïðÿæåíèÿ.  ñîâðåìåííûõ ñèíõðîííûõ ÿâíîïîëþñíûõ ìàøèíàõ ñðåäíåé è áîëüøîé ìîùíîñòè X d * = 0,6–1,6, à X q* = 0,4–1. Ñîïðîòèâëåíèå Xd* îïðåäåëÿåòñÿ â îñíîâíîì ðåàêöèåé ÿêîðÿ, òàê êàê îòíîñèòåëüíàÿ âåëè÷èíà èíäóêòèâíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ, îáóñëîâ- 172 ëåííîãî ïîòîêîì ðàññåÿíèÿ, ìàëà ( X s×a * = 0,1–0,2).  íåÿâíîïîëþñíûõ ìàøèíàõ ñðåäíåé è áîëüøîé ìîùíîñòè îáû÷íî ñîïðîòèâëåíèå X ñí * = 0,9–2,4. Ñîïðîòèâëåíèÿ, âûðàæåííûå â îòíîñèòåëüíûõ åäèíèöàõ, õàðàêòåðèçóþò ïàðàìåòðû ìàøèíû, ïîêàçûâàÿ îòíîñèòåëüíóþ (ïî îòíîøåíèþ ê íîìèíàëüíîìó íàïðÿæåíèþ) âåëè÷èíó ïàäåíèÿ íàïðÿæåíèÿ ïðè íîìèíàëüíîì òîêå. Êðîìå òîãî, âåëè÷èíû ïîçâîëÿþò ñðàâíèâàòü ñâîéñòâà ãåíåðàòîðîâ ðàçëè÷íîé ìîùíîñòè. Îòíîøåíèå êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ. Èíîãäà â ïàñïîðòå ìàøèíû óêàçûâàþò âåëè÷èíó, îáðàòíóþ Xd*, íàçûâàåìóþ îòíîøåíèåì êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ: ÎÊÇ = 1 U íîì . = X d* I à.íîì X d (14.12) Ýòî îòíîøåíèå õàðàêòåðèçóåò âåëè÷èíó óñòàíîâèâøåãîñÿ òîêà êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ I ê.íîì = ÎÊÇ I íîì , êîòîðûé èìååò ìåñòî ïðè íîìèíàëüíîì òîêå âîçáóæäåíèÿ ãåíåðàòîðà (ñîîòâåòñòâóþùåì íîìèíàëüíîìó íàïðÿæåíèþ). Ïðè óêàçàííûõ âûøå çíà÷åíèÿõ Xd* è Xq* äëÿ íåÿâíîïîëþñíûõ ìàøèí ÎÊÇ = 0,5–1,0, à äëÿ ÿâíîïîëþñíûõ 0,8–1,8. Ñëåäîâàòåëüíî, óñòàíîâèâøèéñÿ òîê êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ â ñèíõðîííûõ ìàøèíàõ ñðàâíèòåëüíî íåâåëèê (â íåêîòîðûõ ìàøèíàõ îí p ìåíüøå íîìèíàëüíîãî), òàê êàê ïðè ýòîì ðåæèìå óãîë y ê » , 2 è ïîëå ÿêîðÿ ñèëüíî ðàçìàãíè÷èâàåò ìàøèíó. Î÷åâèäíî, ÷òî ïðè êîðîòêîì çàìûêàíèè ðåçóëüòèðóþùèé ìàãíèòíûé ïîòîê F ðåç.ê << F â è ÝÄÑ E << E 0 . Âåëè÷èíà ÎÊÇ èìååò áîëüøîå çíà÷åíèå äëÿ ýêñïëóàòàöèè îíà ïîêàçûâàåò êðàòíîñòü òîêà êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ è îïðåäåëÿåò âåëè÷èíó ìîùíîñòè, êîòîðîé ìîæíî íàãðóçèòü ñèíõðîííûé ãåíåðàòîð. Ñëåäîâàòåëüíî, âûãîäíåå èìåòü ìàøèíó ñ áîëüøèì ÎÊÇ, îäíàêî ýòî òðåáóåò âûïîëíåíèÿ åå ñ óâåëè÷åííûì âîçäóøíûì çàçîðîì, ÷òî ñóùåñòâåííî óäîðîæàåò ìàøèíó. ÂÎÏÐÎÑÛ 14.3.1. Ïî÷åìó õàðàêòåðèñòèêà êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ ñèíõðîííîé ìàøèíû èìååò âèä ïðÿìîé? 173 14.3.2. ×òî òàêîå ÎÊÇ è êàê âëèÿåò ýòîò ïàðàìåòð íà ñâîéñòâà ñèíõðîííîãî ãåíåðàòîðà? 14.3.3. ×òî òàêîå íîìèíàëüíîå èçìåíåíèå íàïðÿæåíèÿ ïðè ñáðîñå íàãðóçêè è ïî÷åìó ïðè åìêîñòíîé íàãðóçêå åãî âåëè÷èíà îòðèöàòåëüíà? 14.3.4. Êàêèå âèäû ïîòåðü èìåþò ìåñòî â ñèíõðîííîé ìàøèíå? 14.4. Âíåøíèå è ðåãóëèðîâî÷íûå õàðàêòåðèñòèêè ãåíåðàòîðà Âíåøíèå õàðàêòåðèñòèêè. Çàâèñèìîñòè íàïðÿæåíèÿ U îò òîêà íàãðóçêè Ià ïðè íåèçìåííûõ òîêå âîçáóæäåíèÿ Iâ, óãëå j è ÷àñòîòå f1 (ïîñòîÿííîé ÷àñòîòå âðàùåíèÿ ðîòîðà n) íàçûâàþò âíåøíèìè õàðàêòåðèñòèêàìè ãåíåðàòîðà. Îíè ìîãóò áûòü ïîñòðîåíû ïðè ïîìîùè âåêòîðíûõ äèàãðàìì. Äîïóñòèì, ÷òî ïðè íîìèíàëüíîé íàãðóçêå Ià.íîì ãåíåðàòîð èìååò íîìèíàëüíîå íàïðÿæåíèå Uíîì, ÷òî äîñòèãàåòñÿ ñîîòâåòñòâóþùèì âûáîðîì òîêà âîçáóæäåíèÿ. Ïðè óìåíüøåíèè òîêà íàãðóçêè äî íóëÿ íàïðÿæåíèå ãåíåðàòîðà ñòàíîâèòñÿ ðàâíûì ÝÄÑ õîëîñòîãî õîäà E0. Ñëåäîâàòåëüíî, âåêòîðíàÿ äèàãðàììà, ïîñòðîåííàÿ ïðè íîìèíàëüíîé íàãðóçêå, ñðàçó äàåò äâå òî÷êè âíåøíåé õàðàêòåðèñòèêè. Ôîðìà âíåøíåé õàðàêòåðèñòèêè çàâèñèò îò õàðàêòåðà íàãðóçêè, ò. å. îò óãëà ñäâèãà ôàç j ìåæäó U& è I& a , òàê êàê â çàâèñèìîñòè îò ýòîãî èçìåíÿåòñÿ âåëè÷èíà âåêòîðà E& 0 (ïðè çàäàííîì çíà÷åíèè U = U íîì ). Íà ðèñ. 14.6 ïîêàçàíû óïðîùåííûå âåêòîðíûå äèàãðàììû ãåíåðàòîðà ñ íåÿâíîâûðàæåííûìè ïîëþñàìè: äëÿ àêòèâíîé (ñì. ðèñ. 14.6, à), àêòèâíî-èíäóêòèâíîé (ñì. ðèñ. 14.6, á) è àêòèâíî-åìêîñòíîé (ñì. ðèñ. 14.6, â) íàãðóçîê. Ïðè àêòèâíîé è àêòèâíî-èíäóêòèâíîé íàãðóçêàõ ÝÄÑ E 0 > U ; ïðè àêòèâíî-åìêîñòíîé íàãðóçêå ÝÄÑ E 0 < U . Òàêèì îáðàçîì, â ïåðâûõ äâóõ ñëó÷àÿõ ïðè óâåëè÷åíèè íàãðóçêè íàïðÿæåíèå ãåíåðàòîðà óìåíüøàåòñÿ, â òðåòüåì — óâåëè÷èâàåòñÿ. Ýòî îáúÿñíÿåòñÿ òåì, ÷òî ïðè àêòèâíî-åìêîñòíîé íàãðóçêå èìååòñÿ ïðîäîëüíàÿ íàìàãíè÷èâàþùàÿ ñîñòàâëÿþòñÿ ðåàêöèè ÿêîðÿ, à ïðè àêòèâíîé è àêòèâíî-èíäóêòèâíîé íàãðóçêàõ — ïðîäîëüíàÿ ðàçìàãíè÷èâàþùàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ (ïðè ÷èñòî àêòèâíîé íàãðóçêå y > 0). 174 Ðèñ. 14.6. Óïðîùåííûå âåêòîðíûå äèàãðàììû ñèíõðîííîãî íåÿâíîïîëþñíîãî ãåíåðàòîðà ïðè ðàçëè÷íûõ âèäàõ íàãðóçêè Íà ðèñ. 14.7, à, á èçîáðàæåíû âíåøíèå õàðàêòåðèñòèêè ãåíåðàòîðà ïðè ðàçëè÷íûõ âèäàõ íàãðóçêè, ïîëó÷åííûå ïðè îäèíàêîâîì äëÿ âñåõ õàðàêòåðèñòèê çíà÷åíèè Uíîì è îäèíàêîâîì çíà÷åíèè U 0 = E 0 . Ïðè U = 0 (êîðîòêîå çàìûêàíèå) âñå õàðàêòåðèñòèêè ïåðåñåêàþòñÿ â îäíîé òî÷êå, ñîîòâåòñòâóþùåé çíà÷åíèþ òîêà êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ Iê. Ïðè ïåðåõîäå îò ðåæèìà õîëîñòîãî õîäà ê ðåæèìó íîìèíàëüíîé íàãðóçêè èçìåíåíèå íàïðÿæåíèÿ õàðàêòåðèçóåòñÿ âåëè÷èíîé (%) U - U íîì (14.13) DU % = 0 × 100. U íîì Îáû÷íî ãåíåðàòîðû ðàáîòàþò ñ cos j = 0,9–0,85 ïðè îòñòàþùåì òîêå.  ýòîì ñëó÷àå DU % = 25–35 %. ×òîáû ïîäêëþ÷åííûå ê ãåíåðàòîðó ïîòðåáèòåëè ðàáîòàëè ïðè íàïðÿæåíèè, áëèçêîì ê íîìèíàëüíîìó, ïðèìåíÿþò ñïåöèàëüíûå óñòðîéñòâà, ñòàáèëèçèðóþùèå åãî âûõîäíîå íàïðÿæåíèå U, íàïðèìåð áûñòðîäåéñòâóþùèå ðåãóëÿòîðû òîêà âîçáóæäåíèÿ. ×åì áîëüøå DU % , òåì áîëåå ñëîæíûì ïîëó÷àåòñÿ ðåãóëèðóþùåå óñòðîéñòâî, à ïîýòîìó æåëàòåëüíî èìåòü ãåíåðàòîðû ñ íåáîëüøîé âåëè÷èíîé DU % . Îäíàêî äëÿ ïîëó÷åíèÿ íåáîëüøîãî èçìåíåíèÿ DU % íåîáõîäèìî 175 Ðèñ. 14.7. Âíåøíèå õàðàêòåðèñòèêè ñèíõðîííîãî ãåíåðàòîðà ïðè ðàçëè÷íûõ âèäàõ íàãðóçêè ñíèæàòü ñèíõðîííîå èíäóêòèâíîå ñîïðîòèâëåíèå Xñí (â íåÿâíîïîëþñíûõ ìàøèíàõ) èëè ñîîòâåòñòâåííî Xd è Xq (â ÿâíîïîëþñíûõ ìàøèíàõ), äëÿ ÷åãî òðåáóåòñÿ óâåëè÷èâàòü âîçäóøíûé çàçîð ìåæäó ðîòîðîì è ñòàòîðîì. Ýòî, â ñâîþ î÷åðåäü, òðåáóåò óâåëè÷åíèÿ ÌÄÑ îáìîòêè âîçáóæäåíèÿ, ò. å. åå ðàçìåðîâ, ÷òî â êîíå÷íîì èòîãå äåëàåò ñèíõðîííóþ ìàøèíó áîëåå äîðîãîé. Ðåãóëèðîâî÷íûå õàðàêòåðèñòèêè. Çàâèñèìîñòè òîêà âîçáóæäåíèÿ Iâ îò òîêà íàãðóçêè Ià ïðè íåèçìåííûõ íàïðÿæåíèè U, óãëå j è ÷àñòîòå f1 íàçûâàþò ðåãóëèðîâî÷íûìè õàðàêòåðèñòèêàìè (ðèñ. 14.8). Îíè ïîêàçûâàþò, êàê íàäî èçìåíÿòü òîê âîçáóæäåíèÿ ãåíåðàòîðà, ÷òîáû ïîääåðæèâàòü åãî íàïðÿæåíèå íåèçìåííûì ïðè èçìåíåíèè òîêà íàãðóçêè. Î÷åâèäíî, Ðèñ. 14.8. Ðåãóëèðîâî÷íûå õàðàêòå÷òî ñ âîçðàñòàíèåì íàãðóçêè ðèñòèêè ñèíõðîííîãî ãåíåðàòîðà ïðè ïðè j > 0 íåîáõîäèìî óâåëè÷èðàçëè÷íûõ âèäàõ íàãðóçêè âàòü òîê âîçáóæäåíèÿ, à ïðè j < 0 — óìåíüøàòü åãî. ×åì áîëüøå óãîë j ïî àáñîëþòíîé âåëè÷èíå, òåì â áîëüøåé ñòåïåíè òðåáóåòñÿ èçìåíÿòü òîê âîçáóæäåíèÿ. 176 ÂÎÏÐÎÑÛ 14.4.5. Ãåíåðàòîð ðàáîòàåò íà àêòèâíî-èíäóêòèâíóþ íàãðóçêó â ïåðâîì ñëó÷àå ïðè cos j I = 0, 8, à âî âòîðîì – ïðè cos j II = 0, 6. Óêàæèòå ïðàâèëüíîå ñîîòíîøåíèå íàïðÿæåíèé íà ãåíåðàòîðå, åñëè ñòàòîðíûé òîê, òîê âîçáóæäåíèÿ è ÷àñòîòà â îáîèõ ñëó÷àÿõ îäèíàêîâû. à) U I > U II ; á) U I = U II ; â) U I < U II . 14.4.6. Íàðèñóéòå âíåøíèå õàðàêòåðèñòèêè ñèíõðîííîãî ãåíåðàòîðà, ðàáîòàþùåãî íà àêòèâíî-èíäóêòèâíóþ íàãðóçêó ñ îäèíàêîâûì cos j è ÷àñòîòîé, íî ðàçëè÷íûìè òîêàìè âîçáóæäåíèÿ I â1 > I â2 > I â3 . Ëåêöèÿ 15 ÏÀÐÀËËÅËÜÍÀß ÐÀÁÎÒÀ ÑÈÍÕÐÎÍÍÎÃÎ ÃÅÍÅÐÀÒÎÐÀ Ñ ÑÅÒÜÞ 15.1. Îñîáåííîñòè ðàáîòû ãåíåðàòîðà íà ñåòü áîëüøîé ìîùíîñòè Îáû÷íî íà ýëåêòðîñòàíöèÿõ óñòàíàâëèâàþò íåñêîëüêî ñèíõðîííûõ ãåíåðàòîðîâ äëÿ ïàðàëëåëüíîé ðàáîòû íà îáùóþ ýëåêòðè÷åñêóþ ñåòü. Ýòî îáåñïå÷èâàåò óâåëè÷åíèå îáùåé ìîùíîñòè ýëåêòðîñòàíöèè (ïðè îãðàíè÷åííîé ìîùíîñòè êàæäîãî èç óñòàíîâëåííûõ íà íåé ãåíåðàòîðîâ), ïîâûøàåò íàäåæíîñòü ýíåðãîñíàáæåíèÿ ïîòðåáèòåëåé è ïîçâîëÿåò ëó÷øå îðãàíèçîâàòü îáñëóæèâàíèå àãðåãàòîâ. Ýëåêòðè÷åñêèå ñòàíöèè, â ñâîþ î÷åðåäü, îáúåäèíÿþò äëÿ ïàðàëëåëüíîé ðàáîòû â ìîùíûå ýíåðãîñèñòåìû, ïîçâîëÿþùèå íàèëó÷øèì îáðàçîì ðåøàòü çàäà÷ó ïðîèçâîäñòâà è ðàñïðåäåëåíèÿ ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè. Òàêèì îáðàçîì, äëÿ ñèíõðîííîé ìàøèíû, óñòàíîâëåííîé íà ýëåêòðè÷åñêîé ñòàíöèè èëè íà êàêîì-ëèáî îáúåêòå, ïîäêëþ÷åííîì ê ýíåðãîñèñòåìå, òèïè÷íûì ÿâëÿåòñÿ ðåæèì ðàáîòû íà ñåòü áîëüøîé ìîùíîñòè, ïî ñðàâíåíèþ ñ êîòîðîé ñîáñòâåííàÿ ìîùíîñòü ãåíåðàòîðà ÿâëÿåòñÿ î÷åíü ìàëîé.  ýòîì ñëó÷àå ñ áîëüøîé ñòåïåíüþ òî÷íîñòè ìîæíî ïðèíÿòü, ÷òî ãåíåðàòîð ðàáîòàåò ïàðàëëåëüíî ñ ñåòüþ áåñêîíå÷íî áîëüøîé ìîùíîñòè, ò. å. ÷òî íàðÿæåíèå ñåòè Uc è åå ÷àñòîòà fñ ÿâëÿþòñÿ ïîñòîÿííûìè, íå çàâèñÿùèìè îò íàãðóçêè äàííîãî ãåíåðàòîðà. 15.2. Âêëþ÷åíèå ãåíåðàòîðà íà ïàðàëëåëüíóþ ðàáîòó ñ ñåòüþ  ðàññìàòðèâàåìîì ðåæèìå íåîáõîäèìî îáåñïå÷èòü âîçìîæíî ìåíüøèé áðîñîê òîêà â ìîìåíò ïðèñîåäèíåíèÿ ãåíåðàòîðà ê ñåòè.  ïðîòèâíîì ñëó÷àå âîçìîæíû ñðàáàòûâàíèå çàùèòû, ïîëîìêà ãåíåðàòîðà èëè ïåðâè÷íîãî äâèãàòåëÿ. 178 Òîê â ìîìåíò ïîäêëþ÷åíèÿ ãåíåðàòîðà ê ñåòè áóäåò ðàâåí íóëþ, åñëè óäàñòñÿ îáåñïå÷èòü ðàâåíñòâî ìãíîâåííûõ çíà÷åíèé íàïðÿæåíèé ñåòè uñ è ãåíåðàòîðà uã: U c max sin(w c t - a c ) = U ã max sin(w ã - a ã ). Íà ïðàêòèêå âûïîëíåíèå ýòîãî óñëîâèÿ ñâîäèòñÿ ê âûïîëíåíèþ òðåõ ðàâåíñòâ: âåëè÷èí íàïðÿæåíèé ñåòè è ãåíåðàòîðà U c max = U ã max èëè u c = u ã ; ÷àñòîò w c = w ã èëè f c = f ã ; èõ íà÷àëüíûõ ôàç a c = a ã (ñîâïàäåíèå ïî ôàçå âåêòîðîâ U& c è U& ã ). Êðîìå òîãî, äëÿ òðåõôàçíûõ ãåíåðàòîðîâ íóæíî ñîãëàñîâàòü ïîðÿäîê ÷åðåäîâàíèÿ ôàç. Ñîâîêóïíîñòü îïåðàöèé, ïðîâîäèìûõ ïðè ïîäêëþ÷åíèè ãåíåðàòîðà ê ñåòè, íàçûâàþò ñèíõðîíèçàöèåé. Ïðàêòè÷åñêè ïðè ñèíõðîíèçàöèè ãåíåðàòîðà ñíà÷àëà óñòàíàâëèâàþò íîìèíàëüíóþ ÷àñòîòó âðàùåíèÿ ðîòîðà, ÷òî îáåñïå÷èâàåò ïðèáëèæåííîå ðàâåíñòâî ÷àñòîò f c » f ã , à çàòåì, ðåãóëèðóÿ òîê âîçáóæäåíèÿ, äîáèâàþòñÿ ðàâåíñòâà íàïðÿæåíèÿ u c = u ã . Ñîâïàäåíèå ïî ôàçå âåêòîðîâ íàïðÿæåíèé ñåòè è ãåíåðàòîðà (a c = a ã ) êîíòðîëèðóåòñÿ ñïåöèàëüíûìè ïðèáîðàìè — ëàìïîâûì è ñòðåëî÷íûìè ñèíõðîíîñêîïàìè. Ëàìïîâûå ñèíõðîíîñêîïû ïðèìåíÿþò äëÿ ñèíõðîíèçàöèè ãåíåðàòîðîâ ìàëîé ìîùíîñòè, ïîýòîìó îáû÷íî èõ èñïîëüçóþò â ëàáîðàòîðíîé ïðàêòèêå. Ýòîò ïðèáîð ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé òðè ëàìïû, âêëþ÷åííûå ìåæäó ôàçàìè ãåíåðàòîðà è ñåòè (ðèñ. 15.1, à). Íà êàæäóþ ëàìïó äåéñòâóåò íàïðÿæåíèå Du = u c - u ã , êîòîðîå ïðè f c ¹ f ã èçìåíÿåòñÿ ñ ÷àñòîòîé D = f c - f ã , íàçûâàåìîé ÷àñòîòîé áèåíèé (ðèñ. 15.1, á).  ýòîì ñëó÷àå ëàìïû áóäóò ìèãàòü. Ïðè f c » f ã ðàçíîñòü Du áóäåò èçìåíÿòüñÿ ìåäëåííî, âñëåäñòâèå ÷åãî ëàìïû áóäóò ïîñòåïåííî çàãîðàòüñÿ è ïîãàñàòü. Îáû÷íî ãåíåðàòîð ïîäêëþ÷àþò ê ñåòè â òîò ìîìåíò, êîãäà ðàçíîñòü íàïðÿæåíèé Du íà êîðîòêîå âðåìÿ ñòàíîâèòñÿ áëèçêîé íóëþ, ò. å. â ñåðåäèíå ïåðèîäà ïîãàñàíèÿ ëàìï.  ýòîì ñëó÷àå âûïîëíÿåòñÿ óñëîâèå ñîâïàäåíèÿ ïî ôàçå âåêòîðîâ U& c è U& ã . Äëÿ áîëåå òî÷íîãî îïðåäåëåíèÿ ýòîãî ìîìåíòà ÷àñòî ïðèìåíÿþò íóëåâîé âîëüòìåòð, èìåþùèé ðàñòÿíóòóþ øêàëó â îáëàñòè íóëÿ. Ïîñëå âêëþ÷åíèÿ ãåíåðàòîðà â ñåòü äàëüíåéøàÿ ñèíõðîíèçàöèÿ ÷àñòîòû åãî âðàùåíèÿ, ò. å. îáåñïå÷åíèå óñëîâèÿ n 2 = n1 , ïðîèñõîäèò àâòîìàòè÷åñêè. 179 Ãåíåðàòîðû áîëüøîé ìîùíîñòè ñèíõðîíèçèðóþò ñ ïîìîùüþ ñòðåëî÷íûõ ñèíõðîíîñêîïîâ, ðàáîòàþùèõ ïî ïðèíöèïó âðàùàþùåãîñÿ ìàãíèòíîãî ïîëÿ. Ðèñ. 15.1. Ñõåìà ïîäêëþ÷åíèÿ ñèíõðîííîãî ãåíåðàòîðà ê ñåòè ñ ïîìîùüþ ëàìïîâîãî ñèíõðîíîñêîïà è êðèâûå èçìåíåíèÿ íàïðÿæåíèé uc è uã ïåðåä âêëþ÷åíèåì ãåíåðàòîðà  ýòèõ ïðèáîðàõ ïðè f ñ ¹ f ã ñòðåëêà âðàùàåòñÿ ñ ÷àñòîòîé, ïðîïîðöèîíàëüíîé ðàçíîñòè ÷àñòîò fñ è fã, â îäíó èëè äðóãóþ ñòîðîíó — â çàâèñèìîñòè îò òîãî, êàêàÿ èç ýòèõ ÷àñòîò áîëüøå. Ïðè f ñ = f ã ñòðåëêà óñòàíàâëèâàåòñÿ íà íóëü; â ýòîò ìîìåíò è ñëåäóåò ïîäêëþ÷àòü ãåíåðàòîð ê ñåòè. Íà ýëåêòðè÷åñêèõ ñòàíöèÿõ îáû÷íî èñïîëüçóþò àâòîìàòè÷åñêèå ïðèáîðû äëÿ ñèíõðîíèçàöèè ãåíåðàòîðîâ áåç ó÷àñòèÿ îáñëóæèâàþùåãî ïåðñîíàëà. Äîâîëüíî ÷àñòî ïðèìåíÿþò ìåòîä ñàìîñèíõðîíèçàöèè, ïðè êîòîðîì ãåíåðàòîð ïîäêëþ÷àþò ê ñåòè ïðè îòñóòñòâèè âîçáóæäåíèÿ (îáìîòêà âîçáóæäåíèÿ çàìûêàåòñÿ íà àêòèâíîå ñîïðîòèâëåíèå). Ïðè ýòîì ðîòîð ðàçãîíÿþò äî ÷àñòîòû âðàùåíèÿ, áëèçêîé ê ñèíõðîííîé (äîïóñêàåòñÿ ñêîëüæåíèå äî 2 %), çà ñ÷åò âðàùàþùåãî ìîìåíòà ïåðâè÷íîãî äâèãàòåëÿ è àñèíõðîííîãî ìîìåíòà, îáóñëîâëåííîãî èíäóêòèðîâàíèåì òîêà â óñïîêîèòåëüíîé îáìîòêå. Ïîñëå ýòîãî â îáìîòêó âîçáóæäåíèÿ ïîäàþò ïîñòîÿííûé òîê, ÷òî ïðèâîäèò ê âòÿãèâàíèþ ðîòîðà â ñèíõðîíèçì. Ïðè ìåòîäå ñàìîñèíõðîíèçàöèè â ìîìåíò âêëþ÷åíèÿ ãåíåðàòîðà âîçíèêàåò ñðàâíèòåëüíî áîëüøîé áðîñîê òîêà, êîòîðûé íå äîëæåí ïðåâûøàòü 3,5Ià.íîì. 180 15.3. Ðåãóëèðîâàíèå àêòèâíîé ìîùíîñòè Ïîñëå âêëþ÷åíèÿ ãåíåðàòîðà â ñåòü åãî íàïðÿæåíèå U ñòàíîâèòñÿ ðàâíûì íàïðÿæåíèþ ñåòè Uñ. Ïî îòíîøåíèþ ê âíåøíåé íàãðóçêå íàïðÿæåíèÿ U è Uñ ñîâïàäàþò ïî ôàçå, à ïî êîíòóðó «ãåíåðàòîð — ñåòü» íàõîäÿòñÿ â ïðîòèâîôàçå, ò. å. U& = -U& ñ (ðèñ. 15.2, a). Ïðè òî÷íîì âûïîëíåíèè óêàçàííûõ òðåõ óñëîâèé, íåîáõîäèìûõ äëÿ ñèíõðîíèçàöèè ãåíåðàòîðà, åãî òîê Ià ïîñëå ïîäêëþ÷åíèÿ ìàøèíû ê ñåòè áóäåò ðàâåí íóëþ. Ïîñìîòðèì, êàêèìè ñïîñîáàìè ìîæíî ðåãóëèðîâàòü òîê Ià ïðè ðàáîòå ãåíåðàòîðà ïàðàëëåëüíî ñ ñåòüþ, íà ïðèìåðå íåÿâíîïîëþñíîãî ãåíåðàòîðà. Òîê, ïðîõîäÿùèé ïî îáìîòêå ÿêîðÿ íåÿâíîïîëþñíîãî ãåíåðàòîðà, ìîæíî îïðåäåëèòü èç óðàâíåíèÿ (14.4, á): E& - U& E& - U& . I& a = 0 =-j 0 jX ñí X ñí (15.1) Òàê êàê U = U ñ = const, òî âåëè÷èíó òîêà Ià ìîæíî èçìåíÿòü òîëüêî äâóìÿ ñïîñîáàìè: èçìåíÿÿ ÝÄÑ E0 ïî âåëè÷èíå èëè ïî ôàçå. Åñëè ê âàëó ãåíåðàòîðà ïðèëîæèòü âíåøíèé ìîìåíò, áîëüøèé ìîìåíòà, íåîáõîäèìîãî äëÿ êîìïåíñàöèè ìàãíèòíûõ ïîòåðü ìîùíîñòè â ñòàëè è ìåõàíè÷åñêèõ ïîòåðü, òî ðîòîð ïðèîáðåòàåò óñêîðåíèå, âñëåäñòâèå ÷åãî âåêòîð E& 0 ñìåùàåòñÿ îòíîñèòåëüíî âåêòîðà U& íà íåêîòîðûé óãîë q â íàïðàâëåíèè âðàùåíèÿ âåêòîðîâ (ðèñ. 15.2, á). Ïðè ýòîì âîçíèêàåò ðàçíîñòü âåêòîðîâ E& 0 - U& , ïðèâîäÿùàÿ ñîãëàñíî (15.1) ê ïîÿâëåíèþ òîêà Ià. Âåêòîð ýòîãî òîêà îïåðåæàåò íà 90° âåêòîð - jI& a X ñí è ñäâèíóò îòíîñèòåëüíî âåêòîðà U& íà íåêîòîðûé óãîë j, ìåíüøèé 90°. Ïðè ðàáîòå â ðàññìàòðèâàåìîì ðåæèìå ãåíåðàòîð îòäàåò â ñåòü àêòèâíóþ ìîùíîñòü P = mUI a cos j, è íà âàë åãî äåéñòâóåò ýëåêòðîìàãíèòíûé òîðìîçíîé ìîìåíò, êîòîðûé óðàâíîâåøèâàåò âðàùàþùèé ìîìåíò ïåðâè÷íîãî äâèãàòåëÿ, âñëåäñòâèå ÷åãî ÷àñòîòà âðàùåíèÿ ðîòîðà îñòàåòñÿ íåèçìåííîé. ×åì áîëüøå âíåøíèé ìîìåíò, ïðèëîæåííûé ê âàëó ãåíåðàòîðà, òåì áîëüøå óãîë q, à ñëåäîâàòåëüíî, òîê è ìîùíîñòü, îòäàâàåìûå ãåíåðàòîðîì â ñåòü. 181 Åñëè ê âàëó ðîòîðà ïðèëîæèòü âíåøíèé òîðìîçíîé ìîìåíò, òî âåêòîð E0 áóäåò îòñòàâàòü îò âåêòîðà íàïðÿæåíèÿ U& íà óãîë q (ðèñ. 15.2, â). Ïðè ýòîì âîçíèêàåò òîê I& a , âåêòîð êîòîðîãî îïåðåæàåò íà 90° âåêòîð - jI& a X ñí è ñäâèíóò íà íåêîòîðûé óãîë îòíîñèòåëüíî âåêòîðà íàïðÿæåíèÿ U& . Òàê êàê óãîë j > 90°, àêòèâíàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ òîêà íàõîäèòñÿ â ïðîòèâîôàçå ñ íàïðÿæåíèåì ãåíåðàòîðà. Ñëåäîâàòåëüíî, â ðàññìàòðèâàåìîì ðåæèìå àêòèâíàÿ ìîùíîñòü P = mUI a cos j çàáèðàåòñÿ èç ñåòè, è ìàøèíà ðàáîòàåò äâèãàòåëåì, ñîçäàâàÿ ýëåêòðîìàãíèòíûé âðàùàþùèé ìîìåíò, êîòîðûé óðàâíîâåøèâàåò âíåøíèé òîðìîçíîé ìîìåíò; ÷àñòîòà âðàùåíèÿ ðîòîðà ïðè ýòîì ñíîâà îñòàåòñÿ íåèçìåííîé. Ðèñ. 15.2. Óïðîùåííûå âåêòîðíûå äèàãðàììû íåÿâíîïîëþñíîé ìàøèíû ïðè ïàðàëëåëüíîé ðàáîòå ñ ñåòüþ Òàêèì îáðàçîì, äëÿ óâåëè÷åíèÿ íàãðóçêè ãåíåðàòîðà íåîáõîäèìî óâåëè÷èâàòü ïðèëîæåííûé ê åãî âàëó âíåøíèé ìîìåíò (ò. å. âðàùàþùèé ìîìåíò ïåðâè÷íîãî äâèãàòåëÿ), à äëÿ óìåíüøåíèÿ íàãðóçêè — óìåíüøàòü ýòîò ìîìåíò. Ïðè èçìåíåíèè íàïðàâëåíèÿ âíåøíåãî ìîìåíòà (åñëè âàë ðîòîðà íå âðàùàòü, à òîðìîçèòü) ìàøèíà àâòîìàòè÷åñêè ïåðåõîäèò èç ãåíåðàòîðíîãî â äâèãàòåëüíûé ðåæèì. 182 15.4. Ðåãóëèðîâàíèå ðåàêòèâíîé ìîùíîñòè Åñëè â ìàøèíå, ïîäêëþ÷åííîé ê ñåòè è ðàáîòàþùåé â ðåæèìå õîëîñòîãî õîäà (ðèñ. 15.3, à) óâåëè÷èòü òîê âîçáóæäåíèÿ Iâ, òî âîçðàñòåò ÝÄÑ E0 (ðèñ. 15.3, á), è ïî îáìîòêå ÿêîðÿ áóäåò ïðîõîäèòü òîê Ia, âåëè÷èíà êîòîðîãî ñîãëàñíî (15.1) îïðåäåëÿåòñÿ òîëüêî èíäóêòèâíûì ñîïðîòèâëåíèåì Xñí ìàøèíû. Ñëåäîâàòåëüíî, òîê I& a áóäåò ðåàêòèâíûì: îí îòñòàåò ïî ôàçå îò íàïðÿæåíèÿ U íà óãîë 90° èëè îïåðåæàåò íà òîò æå óãîë íàïðÿæåíèå ñåòè U& ñ . Ïðè óìåíüøåíèè òîêà âîçáóæäåíèÿ òîê Ia èçìåíèò ñâîå íàïðàâëåíèå: îí áóäåò îïåðåæàòü íà 90° íàïðÿæåíèå U& (ðèñ. 15.3, â) è îòñòàâàòü íà 90° îò íàïðÿæåíèÿ U& ñ . Òàêèì îáðàçîì, ïðè èçìåíåíèè òîêà âîçáóæäåíèÿ èçìåíÿåòñÿ ëèøü ðåàêòèâíàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ òîêà Ia, ò. å. ðåàêòèâíàÿ ìîùíîñòü ìàøèíû Q. Àêòèâíàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ òîêà Ia â ðàññìàòðèâàåìûõ ñëó÷àÿõ ðàâíà íóëþ. Ñëåäîâàòåëüíî, àêòèâíàÿ ìîùíîñòü P = 0, è ìàøèíà ðàáîòàåò â ðåæèìå õîëîñòîãî õîäà. Ïðè ðàáîòå ìàøèíû ïîä íàãðóçêîé èìåþò ìåñòî òå æå óñëîâèÿ: ïðè èçìåíåíèè òîêà âîçáóæäåíèÿ èçìåíÿåòñÿ ëèøü ðåàêòèâíàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ òîêà Ia, ò. å. ðåàêòèâíàÿ ìîùíîñòü ìàøèíû Q. Ðåæèì âîçáóæäåíèÿ, ïðè êîòîðîì ðåàêòèâíàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ òîêà Ia ðàâíà íóëþ, íàçûâàþò ðåæèìîì ïîëíîãî, èëè íîðìàëüíîãî, âîçáóæäåíèÿ. Åñëè òîê âîçáóæäåíèÿ Iâ áîëüøå òîêà Iâ.ï, ïðè êîòîðîì èìååò ìåñòî ðåæèì ïîëíîãî âîçáóæäåíèÿ, òî òîê Ia ñîäåðæèò îòñòàþùóþ îò U ðåàêòèâíóþ ñîñòàâëÿþùóþ, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò àêòèâíî-èíäóêòèâíîé íàãðóçêå ãåíåðàòîðà. Òàêîé ðåæèì íàçûâàþò ðåæèìîì ïåðåâîçáóæäåíèÿ. Åñëè òîê âîçáóæäåíèÿ Iâ ìåíüøå òîêà Iâ.ï, òî òîê Ia ñîäåðæèò ðåàêòèâíóþ ñîñòàâëÿþùóþ, îïåðåæàþùåþ íàïðÿæåíèå U, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò àêòèâíî-åìêîñòíîé íàãðóçêå ãåíåðàòîðà. Òàêîé ðåæèì íàçûâàþò ðåæèìîì íåäîâîçáóæäåíèÿ. Ïåðåâîçáóæäåííàÿ ñèíõðîííàÿ ìàøèíà, ðàáîòàþùàÿ â ðåæèìå õîëîñòîãî õîäà, ïî îòíîøåíèþ ê ñåòè ýêâèâàëåíòíà åìêîñòè. Òàêóþ ìàøèíó íàçûâàþò ñèíõðîííûì êîìïåíñàòîðîì è èñïîëüçóþò äëÿ ïîâûøåíèÿ êîýôôèöèåíòà ìîùíîñòè ýëåêòðè÷åñêèõ óñòàíîâîê è ñòàáèëèçàöèè íàïðÿæ¸íèÿ â ýëåêòðè÷åñêèõ ñåòÿõ. Íåäîâîçáóæäåííàÿ ñèíõðîííàÿ ìàøèíà, ðàáîòàþùàÿ â ðåæèìå õîëîñòîãî õîäà, ïî îòíîøåíèþ ê ñåòè ýêâèâàëåíòíà èíäóêòèâíîñòè. 183 Âîçíèêíîâåíèå ðåàêòèâíîé ñîñòàâëÿþùåé òîêà Ia ôèçè÷åñêè îáúÿñíÿåòñÿ òåì, ÷òî ïðè ðàáîòå ñèíõðîííîé ìàøèíû íà ñåòü áåñêîíå÷íî áîëüøîé ìîùíîñòè ñóììàðíûé ìàãíèòíûé ïîòîê, ñöåï& =F & ðåç + F & s =F & â +F & a +F & s, ëåííûé ñ êàæäîé èç ôàç, å F íå çàâèñèò îò òîêà âîçáóæäåíèÿ è ïðè âñåõ óñëîâèÿõ îñòàåòñÿ íåèçìåííûì, òàê êàê U& = E& 0 + E& a + E& sa = -U& ñ = const. Ðèñ. 15.3. Óïðîùåííûå âåêòîðíûå äèàãðàììû íåÿâíîïîëþñíîé ñèíõðîííîé ìàøèíû ïðè ïàðàëëåëüíîé ðàáîòå ñ ñåòüþ è îòñóòñòâèè àêòèâíîé íàãðóçêè Ñëåäîâàòåëüíî, åñëè òîê âîçáóæäåíèÿ Iâ (ò. å. ïîòîê Ôâ è ÝÄÑ E0) áîëüøå òîêà, òðåáóåìîãî äëÿ ïîëíîãî âîçáóæäåíèÿ, òî âîçíèêàåò îòñòàþùàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ òîêà Ia, êîòîðàÿ ñîçäàåò ðàçìàãíè÷èâàþùèé ïîòîê ðåàêöèè ÿêîðÿ Ôa; åñëè òîê Iâ ìåíüøå òîêà, íåîáõîäèìîãî äëÿ ïîëíîãî âîçáóæäåíèÿ, òî âîçíèêàåò îïåðåæàþùàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ òîêà Ia, êîòîðàÿ ñîçäàåò ïîäìàãíè÷èâàþùèé ïîòîê ðåàêöèè ÿêîðÿ Ôa. Âî âñåõ ñëó÷àÿõ ñóììàðíûé ïîòîê ìàøèíû å F àâòîìàòè÷åñêè ïîääåðæèâàåòñÿ íåèçìåííûì. 184 ÂÎÏÐÎÑÛ 15.4.1. ×òî òàêîå ñèíõðîíèçàöèÿ ãåíåðàòîðà, âêëþ÷àåìîãî íà ïàðàëëåëüíóþ ðàáîòó? 15.4.2. Êàê íàãðóçèòü ãåíåðàòîð, âêëþ÷åííûé íà ïàðàëëåëüíóþ ðàáîòó? 15.4.3. Ïî÷åìó ñ ïîÿâëåíèåì òîêà íàãðóçêè â öåïè ñòàòîðà ãåíåðàòîðà ïðèâîäíîé äâèãàòåëü ïîëó÷àåò ìåõàíè÷åñêóþ íàãðóçêó? 15.4.4. Íàçîâèòå äâà ñïîñîáà ñèíõðîíèçàöèè è ïîÿñíèòå, êîãäà îíè ïðèìåíÿþòñÿ. 15.4.5. Íàçîâèòå óñëîâèÿ òî÷íîé ñèíõðîíèçàöèè è îáîñíóéòå íåîáõîäèìîñòü âûïîëíåíèÿ ýòèõ óñëîâèé. 15.4.6. Íàçîâèòå óñëîâèÿ ñàìîñèíõðîíèçàöèè è îáîñíóéòå íåîáõîäèìîñòü âûïîëíåíèÿ ýòèõ óñëîâèé. Ëåêöèÿ 16 ÌÎÙÍÎÑÒÜ È ÝËÅÊÒÐÎÌÀÃÍÈÒÍÛÉ ÌÎÌÅÍÒ. ÑÒÀÒÈ×ÅÑÊÀß ÓÑÒÎÉ×ÈÂÎÑÒÜ 16.1. Ýëåêòðîìàãíèòíàÿ ìîùíîñòü è ýëåêòðîìàãíèòíûé ìîìåíò Àêòèâíàÿ ìîùíîñòü. ×òîáû óñòàíîâèòü, êàê çàâèñèò àêòèâíàÿ ìîùíîñòü Ð ñèíõðîííîé ìàøèíû îò óãëà íàãðóçêè q, ðàññìîòðèì óïðîùåííûå âåêòîðíûå äèàãðàììû, ïîñòðîåííûå ïðè R a = 0. Èç äèàãðàììû, ïðèâåäåííîé íà ðèñ. 16.1, à äëÿ íåÿâíîïîëþñíîé ìàøèíû, ìîæíî óñòàíîâèòü, ÷òî îáùàÿ ñòîðîíà òðåóãîëüíèêîâ OAB è ÀÑ AB = OA sin q = AC cos j, èëè, ñ ó÷åòîì ìîäóëåé ñîîòâåòñòâóþùèõ âåêòîðîâ, E 0 sin q = I a X ñí cos j. (16.1) Ñëåäîâàòåëüíî, àêòèâíàÿ ìîùíîñòü ìàøèíû P = mUI a cos j = mUE 0 sin q = Pýì . X ñí (16.2) Âåêòîðíàÿ äèàãðàììà äëÿ ÿâíîïîëþñíîé ìàøèíû ïðèâåäåíà íà ðèñ. 16.1, á. Òàê êàê j = y - q, òî àêòèâíàÿ ìîùíîñòü P = mUI a cos(y - q) = = mU (I a sin y sin q + I a cos y cos q) = = mU (I d sin q + I q cos q), P = Pýì . 186 (16.3) ×òîáû îïðåäåëèòü òîêè Id è Iq, ñïðîåêòèðóåì ìîäóëè âåêòîðîâ ÝÄÑ E& 0 , íàïðÿæåíèÿ U& , ïàäåíèé íàïðÿæåíèÿ - jI& d X d è - jI& q X q íà îñè, ïàðàëëåëüíóþ è ïåðïåíäèêóëÿðíóþ âåêòîðó E& 0 (ñì. ðèñ. 16.1, á). Òîãäà ïîëó÷èì E 0 = U cos q + I d X d; U sin q = I q X q , îòêóäà Id = E 0 - U cos q U sin q ; Iq = . Xd Xq (16.4) Ðèñ. 16.1. Óïðîùåííûå âåêòîðíûå äèàãðàììû íåÿâíîïîëþñíîãî è ÿâíîïîëþñíîãî ñèíõðîííîãî ãåíåðàòîðà Ïîäñòàâëÿÿ çíà÷åíèÿ Id è Iq â (16.3), ïîëó÷èì æ E - U cos q ö÷ U sin q Pýì = mU ççç 0 sin q + cos q÷÷, ÷ø çè Xd Xq 187 èëè, èñïîëüçóÿ ôîðìóëó sin 2q = 2 sin q cos q, Pýì = mUE 0 mU 2 æç 1 1 ö÷÷ çç sin q + ÷ sin 2q. Xd 2 çè X q X d ÷ø (16.5) Ýëåêòðîìàãíèòíûé ìîìåíò.  ñèíõðîííûõ ìàøèíàõ áîëüøîé è ñðåäíåé ìîùíîñòè ïîòåðè ìîùíîñòè â îáìîòêå ÿêîðÿ DPà.ýë = mI à2 R à ìàëû ïî ñðàâíåíèþ ñ ýëåêòðè÷åñêîé ìîùíîñòüþ P, îòäàâàåìîé (â ãåíåðàòîðå) èëè ïîòðåáëÿåìîé (â äâèãàòåëå) îáìîòêîé ÿêîðÿ. Ñëåäîâàòåëüíî, åñëè ïðåíåáðå÷ü âåëè÷èíîé DPà.ýë , òî ìîæíî ñ÷èòàòü, ÷òî ýëåêòðîìàãíèòíàÿ ìîùíîñòü ìàøèíû Pýì = P. Ýëåêòðîìàãíèòíûé ìîìåíò ïðîïîðöèîíàëåí ìîùíîñòè Pýì, ïîýòîìó äëÿ íåÿâíîïîëþñíîé è ÿâíîïîëþñíîé ìàøèí ñîîòâåòñòâåííî çàïèøåì M ýì = M ýì = Pýì mUE 0 = sin q, w1 w 1 X ñí (16.6) Pýì mUE 0 mU 2 æç 1 1 ö÷÷ çç = sin q + ÷ sin 2q. (16.7) 2w 1 çè X q X d ÷ø w1 w1 X d Ïðè íåÿâíîïîëþñíîé ìàøèíå çàâèñèìîñòü M = f (q) ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ñèíóñîèäó, ñèììåòðè÷íóþ îòíîñèòåëüíî îñåé êîîðäèíàò (ðèñ. 16.2, êðèâàÿ 1). Ïðè ÿâíîïîëþñíîé ìàøèíå èç-çà íåîäèíàêîâîé ìàãíèòíîé ïðîâîäèìîñòè ïî ðàçëè÷íûì îñÿì ( X d ¹ X q ) âîçíèêàåò ðåàêòèâíûé ìîìåíò Mp = mU 2 2w 1 çæç 1 - 1 ÷ö÷ sin 2q. ççè X q X d ÷÷ø (16.8) Îí ïîÿâëÿåòñÿ â ðåçóëüòàòå ñòðåìëåíèÿ ðîòîðà îðèåíòèðîâàòüñÿ ïî îñè ðåçóëüòèðóþùåãî ïîëÿ, ÷òî íåñêîëüêî èñêàæàåò ñèíóñîèäàëüíóþ çàâèñèìîñòü M = f (q) (êðèâàÿ 2). Ðåàêòèâíûé ìîìåíò âîçíèêàåò äàæå ïðè îòñóòñòâèè òîêà âîçáóæäåíèÿ (êîãäà E 0 = 0); îí ïðîïîðöèîíàëåí sin 2q (êðèâàÿ 3). Êðèâûå M = f (q) è Pýì = f (q) íàçûâàþò óãëîâûìè õàðàêòåðèñòèêàìè. 188 ÂÎÏÐÎÑÛ 16.1.1. Çàâèñèò ëè ìàêñèìàëüíàÿ ýëåêòðîìàãíèòíàÿ ìîùíîñòü ñèíõðîííîé ìàøèíû îò òîêà ðîòîðà? à) çàâèñèò; á) íå çàâèñèò. 16.1.2. Çàâèñèò ëè ìàêñèìàëüíûé ýëåêòðîìàãíèòíûé ìîìåíò ñèíõðîííîé ìàøèíû îò ÷àñòîòû? à) çàâèñèò; á) íå çàâèñèò. 16.1.3. ×òî òàêîå êîýôôèöèåíò ñòàòè÷åñêîé ïåðåãðóæàåìîñòè? Ðèñ. 16.2. Óãëîâûå õàðàêòåðèñòèêè ÿâíîïîëþñíîé è íåÿâíîïîëþñíîé ìàøèí 16.2. Ñòàòè÷åñêàÿ óñòîé÷èâîñòü ñèíõðîííîé ìàøèíû Óñëîâèÿ ñòàòè÷åñêîé óñòîé÷èâîñòè. Óãëîâàÿ õàðàêòåðèñòèêà ñèíõðîííîé ìàøèíû èìååò âàæíîå çíà÷åíèå äëÿ îöåíêè ñòàòè÷åñêîé óñòîé÷èâîñòè è ñòåïåíè ïåðåãðóæàåìîñòè. Ïîä ñòàòè÷åñêîé óñòîé÷èâîñòüþ ñèíõðîííîé ìàøèíû, ðàáîòàþùåé ïàðàëëåëüíî ñ ñåòüþ, ïîíèìàþò åå ñïîñîáíîñòü ñîõðàíÿòü ñèíõðîííîå âðàùåíèå (ò. å. óñëîâèå n 2 = n1 ) ïðè èçìåíåíèè âíåøíåãî âðàùàþùåãî èëè òîðìîçíîãî ìîìåíòà Mâí, ïðèëîæåííîãî ê åå âàëó. Ñòàòè- Ðèñ. 16.3. Êàðòèíà âçàèìîäåéñòâèÿ ïîòîêîâ Ôâ è å F â ñèíõðîííîé ìàøèíå 189 ÷åñêàÿ óñòîé÷èâîñòü îáåñïå÷èâàåòñÿ òîëüêî ïðè óãëàõ q, ñîîòâåòñòâóþùèõ M < M ìàêñ . Äîïóñòèì, ÷òî ñèíõðîííûé ãåíåðàòîð ðàáîòàåò ïðè íåêîòîðîì âíåøíåì ìîìåíòå Mâí, ïåðåäàâàåìîì åãî ðîòîðó îò ïåðâè÷íîãî äâèãàòåëÿ. Ïðè ýòîì îñü ïîëþñîâ ðîòîðà ñäâèíóòà íà íåêîòîðûé óãîë q îòíîñèòåëüíî îñè ñóììàðíîãî ïîòîêà å F, è ìàøèíà ðàçâèâàåò ýëåêòðîìàãíèòíûé ìîìåíò M, êîòîðûé ìîæíî ñ÷èòàòü ðàâíûì Mâí (òî÷êè À è Ñ íà ðèñ. 16.4, à). Åñëè ìîìåíò Mâí âîçðàñòàåò, òî ðîòîð ãåíåðàòîðà óñêîðÿåòñÿ, ÷òî ïðèâîäèò ê óâåëè÷åíèþ óãëà q äî çíà÷åíèÿ q + Dq. Ïðè ðàáîòå ìàøèíû â òî÷êå À âîçðàñòàíèå óãëà q âûçûâàåò óâåëè÷åíèå ýëåêòðîìàãíèòíîãî ìîìåíòà äî âåëè÷èíû M + DM (òî÷êà B); â ðåçóëüòàòå ðàâíîâåñèå ìîìåíòîâ, äåéñòâóþùèõ íà âàë ðîòîðà, âîññòàíàâëèâàåòñÿ, è ìàøèíà ïîñëå íåêîòîðîãî êîëåáàòåëüíîãî ïðîöåññà ïðîäîëæàåò ðàáîòàòü ñ ñèíõðîííîé ÷àñòîòîé âðàùåíèÿ. Ðèñ. 16.4. Óãëîâûå õàðàêòåðèñòèêè ïðè ðàçëè÷íûõ çíà÷åíèÿõ E0 Àíàëîãè÷íûé ïðîöåññ èìååò ìåñòî è ïðè óìåíüøåíèè Mâí, ïðè ýòîì ñîîòâåòñòâåííî óìåíüøàþòñÿ óãîë q è ìîìåíò Ì, à ñëåäîâàòåëüíî, ðàâíîâåñèå ìîìåíòîâ òàêæå âîññòàíàâëèâàåòñÿ. Îäp íàêî åñëè ìàøèíà ðàáîòàåò ïðè < q < p (òî÷êà Ñ), òî óâåëè÷å2 íèå óãëà q âûçûâàåò óìåíüøåíèå ýëåêòðîìàãíèòíîãî ìîìåíòà äî 190 âåëè÷èíû Ì – DÌ (òî÷êà D).  ðåçóëüòàòå ðàâíîâåñèå ìîìåíòîâ, äåéñòâóþùèõ íà âàë ðîòîðà, íàðóøàåòñÿ, ðîòîð ïðîäîëæàåò óñêîðÿòüñÿ, à óãîë q — âîçðàñòàòü. Âîçðàñòàíèå óãëà q ìîæåò ïðèâåñòè ê äâóì ðåçóëüòàòàì: 1) ìàøèíà ïåðåéäåò â òî÷êó óñòîé÷èâîé ðàáîòû (àíàëîãè÷íóþ òî÷êå À) íà ïîñëåäóþùèõ ïîëîæèòåëüíûõ ïîëóâîëíàõ; 2) ðîòîð ïî èíåðöèè ïðîñêî÷èò óñòîé÷èâûå ïîëîæåíèÿ, ïðè ýòîì ïðîèçîéäåò âûïàäåíèå èç ñèíõðîíèçìà, ò. å. ðîòîð íà÷íåò âðàùàòüñÿ ñ ÷àñòîòîé, îòëè÷àþùåéñÿ îò ÷àñòîòû âðàùåíèÿ ìàãíèòíîãî ïîëÿ ñòàòîðà. Âûïàäåíèå èç ñèíõðîíèçìà ÿâëÿåòñÿ àâàðèéíûì ðåæèìîì, òàê êàê îíî ñîïðîâîæäàåòñÿ ïðîòåêàíèåì ïî îáìîòêå ÿêîðÿ áîëüøèõ òîêîâ. Ýòî îáúÿñíÿåòñÿ òåì, ÷òî ÝÄÑ ãåíåðàòîðà E è íàïðÿæåíèå ñåòè Uñ ïðè óêàçàííîì ðåæèìå ìîãóò ñêëàäûâàòüñÿ ïî êîíòóðó «ãåíåðàòîð—ñåòü», à íå âû÷èòàòüñÿ, êàê ïðè íîðìàëüíîé ðàáîòå. Åñëè âíåøíèé ìîìåíò ïî êàêîé-ëèáî ïðè÷èíå ñíèæàåòñÿ, òî ïðè ðàáîòå ìàøèíû â òî÷êå Ñ óãîë q óìåíüøàåòñÿ, ýëåêòðîìàãíèòíûé ìîìåíò âîçðàñòàåò, ÷òî ïðèâîäèò ê äàëüíåéøåìó óìåíüøåíèþ óãëà q è ïåðåõîäó ê ðàáîòå â óñòîé÷èâîé òî÷êå À. Èç ðàññìîòðåíèÿ ðèñ. 16.4, à ñëåäóåò, ÷òî ñèíõðîííàÿ ìàøèdM íà ðàáîòàåò óñòîé÷èâî, åñëè > 0, è íåóñòîé÷èâî, åñëè dq dM < 0; ÷åì ìåíüøå óãîë q, òåì áîëüøèé çàïàñ óñòîé÷èâîñòè dq èìååò ìàøèíà. Åñëè ìàøèíà ðàáîòàåò â óñòàíîâèâøåìñÿ ðåæèìå ïðè íåêîòîðîì óãëå q, òî ìàëîå îòêëîíåíèå Dq îò ýòîãî óãëà ñîïðîâîæäàåòñÿ âîçíèêíîâåíèåì ìîìåíòà DM = dM Dq, dq êîòîðûé ñòðåìèòñÿ âîññòàíîâèòü èñõîäíûé óãîë q. Ýòîò ìîìåíò íàçûâàþò ñèíõðîíèçèðóþùèì. Åìó ñîîòâåòñòâóåò ïîíÿòèå ñèíõðîíèçèðóþùåé ìîùíîñòè DPýì = dPýì Dq. dq 191 dM dP è íàçûâàþò ñîîòâåòñòâåííî óäåëüíûì dq dq ñèíõðîíèçèðóþùèì ìîìåíòîì è óäåëüíîé ñèíõðîíèçèðóþùåé ìîùíîñòüþ (èíîãäà èõ íàçûâàþò êîýôôèöèåíòàìè ñèíõðîíèçèðóþùåãî ìîìåíòà è ñèíõðîíèçèðóþùåé ìîùíîñòè). Ïðè íåÿâíîïîëþñíîé ìàøèíå Ïðîèçâîäíûå dM dPýì = M ìàêñ cos q ; = Pýì.ìàêñ cos q. dq dq Óäåëüíûé ñèíõðîíèçèðóþùèé ìîìåíò èìååò ìàêñèìàëüíîå p çíà÷åíèå ïðè q = 0, ñ âîçðàñòàíèåì q îí óìåíüøàåòñÿ; ïðè q = 2 îí îáðàùàåòñÿ â íóëü, ïîýòîìó ñèíõðîííûå ìàøèíû îáû÷íî ðàáîòàþò c q = 20–35°, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò äâóêðàòíîìó èëè áîëüøåìó çàïàñó ïî ìîìåíòó. Ñòàòè÷åñêàÿ ïåðåãðóæàåìîñòü ñèíõðîííîé ìàøèíû îöåíèâàåòñÿ îòíîøåíèåì kï = M ìàêñ Pìàêñ . = M íîì Píîì (16.9) Ñîãëàñíî ÃÎÑÒó ýòî îòíîøåíèå äëÿ ìîùíûõ ãåíåðàòîðîâ äîëæíî áûòü íå ìåíåå 1,6–1,7, à äëÿ ñèíõðîííûõ äâèãàòåëåé áîëüøîé è ñðåäíåé ìîùíîñòè — íå ìåíåå 1,65. 16.3. Âëèÿíèå òîêà âîçáóæäåíèÿ íà óñòîé÷èâîñòü Óñòîé÷èâîñòü ãåíåðàòîðà ïðè çàäàííîé âåëè÷èíå àêòèâíîé ìîùíîñòè, îòäàâàåìîé â ñåòü, çàâèñèò îò òîêà âîçáóæäåíèÿ. Ïðè óâåëè÷åíèè òîêà âîçáóæäåíèÿ âîçðàñòàåò ÝÄÑ E0, à ñëåäîâàòåëüíî, è ìîìåíò Mìàêñ; ïðè ýòîì óâåëè÷èâàåòñÿ óñòîé÷èâîñòü ìàøèíû. Íà ðèñ. 16.4, á èçîáðàæåíû óãëîâûå õàðàêòåðèñòèêè ïðè ðàçëè÷íûõ òîêàõ âîçáóæäåíèÿ (ïðè ðàçëè÷íûõ E0), îòêóäà ñëåäóåò, ÷òî ÷åì áîëüøå òîê âîçáóæäåíèÿ, òåì ìåíüøå óãîë q ïðè çàäàíM ìàêñ íîé íàãðóçêå, à ñëåäîâàòåëüíî, òåì áîëüøå îòíîøåíèå M íîì è ïåðåãðóçî÷íàÿ ñïîñîáíîñòü ãåíåðàòîðà. 192 Îáû÷íî ýëåêòðè÷åñêàÿ ñåòü, íà êîòîðóþ ðàáîòàþò ñèíõðîííûå ãåíåðàòîðû, ÿâëÿåòñÿ äëÿ íèõ àêòèâíî-èíäóêòèâíîé íàãðóçêîé (ãåíåðàòîðû îòäàþò êàê àêòèâíóþ P, òàê è ðåàêòèâíóþ Q ìîùíîñòè). Ïðè ýòîì ñèíõðîííûå ãåíåðàòîðû äîëæíû ðàáîòàòü ñ íåêîòîðûì ïåðåâîçáóæäåíèåì, îáåñïå÷èâàþùèì ïîâûøåíèå ïåðåãðóçî÷íîé ñïîñîáíîñòè. Òàê, íàïðèìåð, ñîãëàñíî ÃÎÑÒó â ñèíõðîííûõ ãåíåðàòîðàõ ïðè íîìèíàëüíîì ðåæèìå òîê I& a äîëæåí îïåðåæàòü íàïðÿæåíèå ñåòè U& c (ò. å. îòñòàâàòü îò íàïðÿæåíèÿ U& ) è èìåòü cos j = 0, 8. Îäíàêî åñëè ñåòü ñîçäàåò àêòèâíî-åìêîñòíóþ íàãðóçêó (íàïðèìåð, èç-çà ïîäêëþ÷åíèÿ ê íåé áîëüøîãî ÷èñëà ñòàòè÷åñêèõ èëè âðàùàþùèõñÿ êîìïåíñàòîðîâ), òî ãåíåðàòîð äëÿ ïîääåðæàíèÿ ñòàáèëüíîãî íàïðÿæåíèÿ äîëæåí áóäåò ðàáîòàòü ñ íåäîâîçáóæäåíèåì, ò. å. ïðè òîêå Ia, îïåðåæàþùåì íàïðÿæåíèå U. Òàêîé ðåæèì íåáëàãîïðèÿòåí äëÿ íåãî, òàê êàê ñ óìåíüøåíèåì òîêà âîçáóæäåíèÿ ïðè çàäàííîé àêòèâíîé ìîùíîñòè Ð âîçðàñòàåò óãîë q è ñíèæàåòñÿ ïåðåãðóçî÷íàÿ ñïîM ñîáíîñòü ìàêñ , îïðåäåëÿþùàÿ óñòîé÷èâîñòü ìàøèíû. M íîì ÂÎÏÐÎÑÛ 16.3.1. Êàê ìîæíî óâåëè÷èòü ìàêñèìàëüíóþ îðäèíàòó óãëîâîé õàðàêòåðèñòèêè (íàïðèìåð, ñ öåëüþ ïðåäîòâðàòèòü âûïàäåíèå ìàøèíû èç ñèíõðîíèçìà ïðè áûñòðîì ðîñòå íàãðóçêè)? 16.3.2. Ïðè çàäàííîé ïîñòîÿííîé íàãðóçêå ìàøèíà ðàáîòàåò ñ óãëîì q = 30 o . ×åìó ðàâåí óãîë q, åñëè ÝÄÑ óâåëè÷èòü íà 15 %? à) 35°; á) 26°06¢; â) 25°47¢. Ëåêöèÿ 17 ÐÅÆÈÌÛ ÐÀÁÎÒÛ ÃÅÍÅÐÀÒÎÐÀ ÏÐÈ ÏÀÐÀËËÅËÜÍÎÌ ÂÊËÞ×ÅÍÈÈ Ñ ÑÅÒÜÞ Ñïîñîáû ðåãóëèðîâàíèÿ. Èçìåíåíèå àêòèâíîé è ðåàêòèâíîé ìîùíîñòåé ñèíõðîííîãî ãåíåðàòîðà, ðàáîòàþùåãî ïàðàëëåëüíî ñ ñåòüþ áîëüøîé ìîùíîñòè, îñóùåñòâëÿåòñÿ ïóòåì èçìåíåíèÿ âíåøíåãî ìîìåíòà è òîêà âîçáóæäåíèÿ. ×òîáû îáåñïå÷èòü òðåáóåìûé ðåæèì ðàáîòû ãåíåðàòîðà, îáû÷íî îäíîâðåìåííî ðåãóëèðóþò è òîê âîçáóæäåíèÿ, è âðàùàþùèé ìîìåíò. Ìåòîäè÷åñêè ïðîùå ðàçîáðàòü äâà ïðåäåëüíûõ ñëó÷àÿ ðåãóëèðîâàíèÿ: à) ìîìåíò ïðè íåèçìåííîì òîêå âîçáóæäåíèÿ; á) òîê âîçáóæäåíèÿ ïðè íåèçìåííîì âíåøíåì ìîìåíòå. 17.1. Ðàáîòà ãåíåðàòîðà ñ íåèçìåííûì òîêîì âîçáóæäåíèÿ Äëÿ ãåíåðàòîðà ñ íåÿâíîâûðàæåííûìè ïîëþñàìè âåêòîðíóþ äèàãðàììó (ðèñ. 17.1, à) ñòðîÿò ïî óðàâíåíèþ U& = E& 0 - jI& a X ñí . Âåêòîð íàïðÿæåíèÿ ñåòè U& c ïî êîíòóðó îáìîòêè ãåíåðàòîðà èìååò íàïðàâëåíèå, âñòðå÷íîå âåêòîðó íàïðÿæåíèÿ ãåíåðàòîðà, ò. å. U& = -U& c . Åñëè ãåíåðàòîð ðàáîòàåò ñ cos j = 1, òî âåêòîð òîêà ÿêîðÿ I& a1 ñîâïàäàåò ïî íàïðàâëåíèþ ñ âåêòîðîì íàïðÿæåíèÿ U& , à âåêòîð 194 Ðèñ. 17.1. Âåêòîðíûå äèàãðàììû ñèíõðîííîãî ãåíåðàòîðà ïðè ðàçëè÷íûõ ðåæèìàõ íàãðóçêè ÝÄÑ E& 01 îïåðåæàåò ýòè âåêòîðû íà óãîë q 1 . Ïðè èçìåíåíèè íàãðóçêè, íàïðèìåð ïðè åå âîçðàñòàíèè, ñëåäóåò óâåëè÷èòü ìîìåíò, ïðèëîæåííûé ê âàëó ãåíåðàòîðà. Ïðè ýòîì óãîë q äîëæåí óâåëè÷èòüñÿ äî êàêîãî-òî çíà÷åíèÿ q 2 â ñîîòâåòñòâèè ñ âîçðàñòàíèåì ìîùíîñòè ñî çíà÷åíèÿ P1 äî P2. Ïðèíèìàÿ ïîëåçíóþ ìîùíîñòü (îòäàâàåìóþ â ñåòü) ðàâíîé E ýëåêòðîìàãíèòíîé P = m 0 U sin q, äëÿ ñîîòíîøåíèÿ ìîùíîX ñí ñòåé P1 è P2 ïîëó÷èì 195 sin q 1 P1 . = P2 sin q 2 Òàêèì îáðàçîì, ïðè óâåëè÷åíèè ìîùíîñòè ñ P1 äî P2 âåêòîð ÝÄÑ E& 0 ïîâåðíåòñÿ â ñòîðîíó îïåðåæåíèÿ è îáðàçóåò ñ âåêòîðîì U& óãîë q 2 . Êîíåö âåêòîðà E& 0 áóäåò ñêîëüçèòü ïî îêðóæíîñòè ñ ðàäèóñîì, ðàâíûì E0, òàê êàê òîê âîçáóæäåíèÿ îñòàåòñÿ íåèçìåííûì. Ñîåäèíèâ êîíåö âåêòîðà U& ñ êîíöîì âåêòîðà E& 02 , ïîëó÷èì âåêòîð jI& a 2 X ñí . Âåêòîð òîêà I& a 2 áóäåò ïåðïåíäèêóëÿðåí ïàäåíèþ íàïðÿæåíèÿ jI& a 2 X ñí , à åãî ìîäóëü îïðåäåëèòñÿ èç ñîîòíîøåíèÿ & I a 2 | jI a 2 X ñí | . = I a 1 | jI& a 1 X ñí | Ïðè óìåíüøåíèè ìîùíîñòè ñ P1 äî P3 ñëåäóåò óìåíüøèòü ìîìåíò, ïðèëîæåííûé ê âàëó ãåíåðàòîðà. Ïðè ýòîì íîâûé óãîë q3 áóäåò ìåíüøå óãëà q 1 . Ïîñòðîåíèå âñåõ âåêòîðîâ (ñì. ðèñ. 17.1, à) íà äèàãðàììå è â ýòîì ñëó÷àå àíàëîãè÷íî îïèñàííîìó â ïðåäøåñòâóþùåì ïðèìåðå. Ïðèâåäåííûå äèàãðàììû ïîêàçûâàþò, ÷òî ïðè èçìåíåíèè âíåøíåãî ìîìåíòà, ïðèëîæåííîãî ê âàëó ñèíõðîííîãî ãåíåðàòîðà, ðàáîòàþùåãî ïàðàëëåëüíî ñ ñåòüþ, èçìåíÿåòñÿ íå òîëüêî àêòèâíàÿ ìîùíîñòü, íî è ðåàêòèâíàÿ. Ñëåäîâàòåëüíî, äëÿ òîãî, ÷òîáû îáåñïå÷èòü íàèáîëåå áëàãîïðèÿòíûé èëè òðåáóåìûé ðåæèì ðàáîòû ãåíåðàòîðà, ïðè èçìåíåíèè àêòèâíîé ìîùíîñòè íåîáõîäèìî ðåãóëèðîâàòü è òîê âîçáóæäåíèÿ. 17.2. Ðàáîòà ãåíåðàòîðà ñ íåèçìåííûì ìîìåíòîì Íåèçìåííîñòü âíåøíåãî ìîìåíòà íà âàëó ãåíåðàòîðà ýêâèâàëåíòíà íåèçìåííîñòè åãî ìîùíîñòè P = mUI a cos j. Ïðè ðàáîòå íà ñåòü áîëüøîé ìîùíîñòè U = U c = const, ñëåäîâàòåëüíî, ïðè èçìåíåíèè òîêà âîçáóæäåíèÿ îñòàíåòñÿ ïîñòîÿííîé àêòèâíàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ òîêà ÿêîðÿ I a cos j = const. Íà âåêòîðíîé äèàãðàììå (ðèñ. 17.1, á) ýòî óñëîâèå âûðàçèòñÿ â òîì, ÷òî êîíåö âåêòîðà òîêà I& a áóäåò ñêîëüçèòü ïî ïðÿìîé ÀÂ, ïåðïåíäèêóëÿðíîé âåêòîðó íàïðÿæåíèÿ U& . Îäíàêî ïðè íåèçìåííîé ìîùíîñòè (äëÿ 196 ìàøèíû ñ íåÿâíîâûðàæåííûìè ïîëþñàìè) ñïðàâåäëèâî áóäåò mE 0U óñëîâèå P = sin q = const. Ïðè èçìåíåíèè òîêà âîçáóæäåX ñí íèÿ îñòàþòñÿ íåèçìåííûìè âñå âåëè÷èíû, êðîìå E0 è sin q; ñëåäîâàòåëüíî, óñëîâèå íåèçìåííîé ìîùíîñòè ïðèâîäèò ê óñëîâèþ E 0 sin q = const. Íà äèàãðàììå ýòî óñëîâèå âûðàçèòñÿ â òîì, ÷òî êîíåö âåêòîðà E& 0 ñêîëüçèò ïî ïðÿìîé CD, ïàðàëëåëüíîé âåêòîðó íàïðÿæåíèÿ U& . ×åì ìåíüøå òîê âîçáóæäåíèÿ, òåì ìåíüøå ïî ìîäóëþ âåêòîð E& 0 , íî áîëüøå óãîë q. Âåêòîð òîêà I& a ïåðïåíäèêóëÿðåí âåêòîðó ïàäåíèÿ íàïðÿæåíèÿ jI& a X ñí , ïîýòîìó åãî ìîæíî ëåãêî ïîñòðîèòü äëÿ êàæäîãî óãëà q. Íà ðèñ. 17.1, á ïîêàçàíû ïîëîæåíèÿ âåêòîðîâ E& 0 , I& a è jI& a X ñí äëÿ òðåõ çíà÷åíèé òîêà Iâ (ýòè âåêòîðà èìåþò èíäåêñû 1, 2 è 3). Ìèíèìàëüíîìó çíà÷åíèþ òîêà Ià ñîîòâåòñòâóåò ðåæèì ðàáîòû ïðè cos j = 1, ÷åìó îòâå÷àåò îïðåäåëåííûé òîê âîçáóæäåíèÿ. Ïðè óâåëè÷åíèè òîêà âîçáóæäåíèÿ ñâûøå ýòîãî çíà÷åíèÿ èëè óìåíüøåíèÿ åãî òîê Ià âîçðàñòàåò. Çàâèñèìîñòü òîêà ÿêîðÿ îò òîêà âîçáóæäåíèÿ, íàçûâàåìàÿ U -îáðàçíîé õàðàêòåðèñòèêîé, ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ. 17.2. Äëÿ êàæäîé ìîùíîñòè èìååòñÿ âïîëíå îïðåäåëåííûé òîê âîçáóæäåíèÿ, êîòîðîìó ñîîòâåòñòâóåò ìèíèìóì òîêà ÿêîðÿ. ×åì áîëüøå ìîùíîñòü, òåì áîëüøå òîê âîçáóæäåíèÿ, îòâå÷àþùèé ìèíèìàëüíîìó òîêó ÿêîðÿ. Øòðèõîâàÿ êðèâàÿ, ïðîâåäåííàÿ ÷åðåç òî÷êè ìèíèìóìîâ, ñîîòâåòñòâóåò ðåæèìàì ðàáîòû ãåíåðàòîðà ñ cos j = 1. ÂÎÏÐÎÑÛ 17.2.1. ×åì îáúÿñíèòü íåêîòîðîå îòêëîíåíèå êðèâîé cos j = 1 (ïóíêòèðíàÿ êðèâàÿ íà ðèñ. 17.2) âïðàâî? 17.2.2. Êàêîâû óãëîâûå õàðàêòåðèñòèêè ýëåêòðîìàãíèòíîé ìîùíîñòè (ìîìåíòà) ÿâíîïîëþñíîãî è íåÿâíîïîëþñíîãî ñèíõðîííûõ ãåíåðàòîðîâ? 17.2.3. Îò ÷åãî çàâèñèò çíà÷åíèå ìàêñèìàëüíîé ýëåêòðîìàãíèòíîé ìîùíîñòè? 17.2.4. Ïîêàæèòå íà óãëîâûõ õàðàêòåðèñòèêàõ îáëàñòü óñòîé÷èâîé ðàáîòû ãåíåðàòîðà è ïîÿñíèòå óñëîâèÿ åãî óñòîé÷èâîé ðàáîòû. 197 Ðèñ. 17.2. U-îáðàçíûå õàðàêòåðèñòèêè ñèíõðîííîãî ãåíåðàòîðà 17.2.5. Êàêèå çàâèñèìîñòè íàçûâàþòñÿ U-îáðàçíûìè õàðàêòåðèñòèêàìè è íà êàêèå îáëàñòè îíè óñëîâíî ðàçäåëÿþòñÿ?  êàêîé èç ýòèõ îáëàñòåé íàõîäèòñÿ òî÷êà íîìèíàëüíîãî ðåæèìà ðàáîòû? 17.2.6. Ïî÷åìó ñ ðîñòîì ýëåêòðîìàãíèòíîé ìîùíîñòè òî÷êà ìèíèìóìà ýòèõ õàðàêòåðèñòèê ñìåùàåòñÿ â ñòîðîíó áîëüøèõ òîêîâ âîçáóæäåíèÿ? Ëåêöèÿ 18 ÑÈÍÕÐÎÍÍÛÉ ÄÂÈÃÀÒÅËÜ Óñëîâèÿ ðàáîòû. Ñèíõðîííàÿ ìàøèíà, ðàáîòàþùàÿ ïàðàëëåëüíî ñ ñåòüþ, àâòîìàòè÷åñêè ïåðåõîäèò â äâèãàòåëüíûé ðåæèì, åñëè ê âàëó ðîòîðà ïðèëîæåí òîðìîçíîé ìîìåíò. Ïðè ýòîì ìàøèíà íà÷èíàåò ïîòðåáëÿòü èç ñåòè àêòèâíóþ ìîùíîñòü è âîçíèêàåò ýëåêòðîìàãíèòíûé âðàùàþùèé ìîìåíò. ×àñòîòà âðàùåíèÿ ðîòîðà îñòàåòñÿ íåèçìåííîé, æåñòêî ñâÿçàííîé ñ 60 f ÷àñòîòîé ñåòè ñîîòíîøåíèåì n 2 = n1 = , ÷òî ÿâëÿåòñÿ âàæp íåéøèì ýêñïëóàòàöèîííûì ñâîéñòâîì ñèíõðîííûõ äâèãàòåëåé. 18.1. Âåêòîðíûå äèàãðàììû Ïî îñíîâíûì êîìïëåêñíûì óðàâíåíèÿì ñèíõðîííîé ìàøèíû ìîãóò áûòü ïîñòðîåíû âåêòîðíûå äèàãðàììû. Îäíàêî äëÿ ñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ â óêàçàííûå óðàâíåíèÿ âìåñòî íàïðÿæåíèÿ ìàøèíû U& íàäî ïîäñòàâèòü -U& ñ , òàê êàê íå ïðèíÿòî ãîâîðèòü î «íàïðÿæåíèè äâèãàòåëÿ»; ïðè ýòîì äëÿ íåÿâíîïîëþñíîé è ÿâíîïîëþñíîé ìàøèí áóäåì èìåòü -U& ñ = E& 0 -U& ñ = E& 0 - ü jI& à X ñí ï ï ý. & & jI d X d - jI q X q ï þ ï (18.1) Ïîñòðîåíèå âåêòîðíûõ äèàãðàìì (ðèñ. 18.1, à è á) ïî ôîðìóëàì ðåêîìåíäóåòñÿ íà÷èíàòü ñ èçîáðàæåíèÿ âåêòîðîâ U& ñ è -U& ñ . Äàëåå ñòðîèòñÿ âåêòîð òîêà I& à , àêòèâíàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ êîòîðîãî ñîâïàäàåò ñ íàïðàâëåíèåì âåêòîðà U& ñ , è îïðåäåëÿåòñÿ 199 âåêòîð E& 0 . Ïðè ïîñòðîåíèè äèàãðàììû äëÿ ÿâíîïîëþñíîé ìàøèíû íóæíî âíà÷àëå îïðåäåëèòü íàïðàâëåíèå âåêòîðà E& 0 , ïðèáàâèâ ê -U& ñ âñïîìîãàòåëüíûé âåêòîð - jI& à X q . ×òîáû âûÿñíèòü ñâîéñòâà ñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ, ðàññìîòðèì åãî ðàáîòó ïðè èçìåíåíèè íàãðóçî÷íîãî ìîìåíòà Mâí è ïîñòîÿííîì òîêå âîçáóæÐèñ. 18.1. Óïðîùåííûå âåêòîðíûå äåíèÿ; ïðè ýòîì äëÿ ïðîñòîòû äèàãðàììû ñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ: áóäåì ïîëüçîâàòüñÿ âåêòîðíîé à — íåÿâíîïîëþñíîãî; á — ÿâíîïî- äèàãðàììîé íåÿâíîïîëþñíîé ëþñíîãî ìàøèíû. Äîïóñòèì, ÷òî äâèãàòåëü ðàáîòàåò ïðè cos j = 1, ÷åìó íà âåêòîðíîé äèàãðàììå ñîîòâåòñòâóþò òîê Ia1 è óãîë q 1 . Ñ ïîâûøåíèåì íàãðóçêè óâåëè÷èâàåòñÿ óãîë ìåæäó âåêòîðàìè E& 0 è -U& ñ äî êàêîãî-òî çíà÷åíèÿ q 2 , òàê êàê ñîãëàñíî (16.6) âðàùàþùèé ìîìåíò M = M âí ïðîïîðöèîíàëåí sin q. Ïðè ýòîì êîíåö âåêòîðà E& 0 ïåðåìåùàåòñÿ ïî îêðóæíîñòè ñ ðàäèóñîì, ðàâíûì E0, è ïðè ïðèíÿòûõ óñëîâèÿõ (I â = const; E 0 = const; U ñ = const) âåêòîð òîêà I& a 2 òàêæå ïîâîðà÷èâàåòñÿ âîêðóã òî÷êè Î (ðèñ. 18.2, à), ðàñïîëàãàÿñü ïåðïåíäèêóëÿðíî âåêòîðó - jI& a 2 X ñí . Èç äèàãðàììû âèäíî, ÷òî â ðàññìàòðèâàåìîì ñëó÷àå òîê äâèãàòåëÿ I& a 2 áóäåò èìåòü îòñòàþùóþ ðåàêòèâíóþ ñîñòàâëÿþùóþ. Åñëè íàãðóçêà äâèãàòåëÿ óìåíüøèòñÿ ïî ñðàâíåíèþ ñ èñõîäíîé, òî óãîë q óìåíüøèòñÿ äî çíà÷åíèÿ q 3 . Ïðè ýòîì òîê äâèãàòåëÿ I& a 3 áóäåò èìåòü îïåðåæàþùóþ ðåàêòèâíóþ ñîñòàâëÿþùóþ. Ñëåäîâàòåëüíî, èçìåíåíèå àêòèâíîé ìîùíîñòè ñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ ïðèâîäèò ê èçìåíåíèþ åãî cos j: ïðè óìåíüøåíèè íàãðóçêè âåêòîð òîêà ïîâîðà÷èâàåòñÿ â ñòîðîíó îïåðåæåíèÿ, è äâèãàòåëü ìîæåò ðàáîòàòü ñ cos j = 1 èëè ñ îïåðåæàþùèì òîêîì; ïðè óâåëè÷åíèè íàãðóçêè âåêòîð òîêà ïîâîðà÷èâàåòñÿ â ñòîðîíó îòñòàâàíèÿ. Åñëè ïðè íåèçìåííîé àêòèâíîé ìîùíîñòè ìåíÿòü òîê âîçáóæäåíèÿ, òî áóäåò ìåíÿòüñÿ òîëüêî ðåàêòèâíàÿ ìîùíîñòü, ò. å. âå200 Ðèñ. 18.2. Óïðîùåííûå âåêòîðíûå äèàãðàììû ñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ ïðè èçìåíåíèè íàãðóçî÷íîãî ìîìåíòà íà âàëó è èçìåíåíèè òîêà âîçáóæäåíèÿ ëè÷èíà cos j. Âåêòîðíàÿ äèàãðàììà äëÿ ýòîãî ñëó÷àÿ èçîáðàæåíà íà ðèñ. 18.2, á. Åñëè äâèãàòåëü ðàáîòàåò ïðè cos j = 1, òî ýòîìó ðåæèìó ñîîòâåòñòâóåò ÝÄÑ E& 01 è íåêîòîðûé óãîë q 1 . Ïðè óìåíüøåíèè òîêà âîçáóæäåíèÿ ÝÄÑ E& 0 ñíèæàåòñÿ äî E& 02 . Ïîñêîëüêó àêòèâíàÿ ìîùíîñòü îñòàåòñÿ íåèçìåííîé, èç óñëîâèÿ Pýë = Pýì = mUE 0 sin q = const X ñí ïîëó÷èì, ÷òî E 01 sin q 1 = E 02 sin q 2 , îòêóäà ñëåäóåò, ÷òî êîíåö âåêòîðà E& 0 ïðè èçìåíåíèè òîêà âîçáóæäåíèÿ áóäåò ïåðåìåùàòüñÿ ïî ïðÿìîé ÂÑ, ïàðàëëåëüíîé âåêòîðó U& c è ïðîõîäÿùåé ÷åðåç êîíåö âåêòîðà E& 0 . Èç âåêòîðíîé äèàãðàììû âèäíî, ÷òî óãîë q 2 áóäåò áîëüøå q 1 . Àíàëîãè÷íî ñòðîèòñÿ äèàãðàììà ïðè óâåëè÷åíèè òîêà âîçáóæäåíèÿ.  ýòîì ñëó÷àå ÝÄÑ E& 0 âîçðàñòàåò äî âåëè÷èíû E& 03 è óãîë q 3 ñòàíîâèòñÿ ìåíüøèì q 1 . 201 Âåêòîð - jI& a 3 X ñí ïîâîðà÷èâàåòñÿ âîêðóã òî÷êè À è ñîîòâåòñòâåííî åìó èçìåíÿåò íàïðàâëåíèå âåêòîð òîêà I& a 3 , ïåðïåíäèêóëÿðíûé âåêòîðó - jI& a 3 X ñí , ïðè ýòîì èç óñëîâèÿ ðàâåíñòâà àêòèâíûõ ìîùíîñòåé I a 1 cos j 1 = I a 2 cos j 2 = I a 3 cos j 3 êîíåö âåêòîðà òîêà Ià ïåðåìåùàåòñÿ ïî ïðÿìîé DE, ïåðïåíäèêóëÿðíîé âåêòîðó U& ñ . Ïî äèàãðàììå, ïðèâåäåííîé íà ðèñ. 18.2, ìîæíî ïîñòðîèòü U-îáðàçíûå õàðàêòåðèñòèêè äëÿ äâèãàòåëÿ I à = f (I â ), êîòîðûå áóäóò èìåòü òàêóþ æå ôîðìó, êàê è õàðàêòåðèñòèêè äëÿ ãåíåðàòîðà, ñ òîé ëèøü ðàçíèöåé, ÷òî äëÿ äâèãàòåëÿ óãîë ñäâèãà ôàç j ïðèíÿòî îòñ÷èòûâàòü îò âåêòîðà íàïðÿæåíèÿ ñåòè U& c . Ïîýòîìó ïðè íåäîâîçáóæäåíèè òîê I& à áóäåò îòñòàâàòü îò íàïðÿæåíèÿ ñåòè U& ñ , ò. å. äâèãàòåëü áóäåò ïîòðåáëÿòü èç ñåòè ðåàêòèâíóþ ìîùíîñòü, à ïðè ïåðåâîçáóæäåíèè òîê áóäåò îïåðåæàòü íàïðÿæåíèå ñåòè U& ñ , ò. å. äâèãàòåëü áóäåò îòäàâàòü â ñåòü ðåàêòèâíóþ ìîùíîñòü. 18.2. Ðàáî÷èå õàðàêòåðèñòèêè Ðèñ. 18.3. Ðàáî÷èå õàðàêòåðèñòèêè ñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ Ðàáî÷èå õàðàêòåðèñòèêè ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé çàâèñèìîñòè òîêà Ià, ýëåêòðè÷åñêîé ìîùíîñòè P1, ïîñòóïàþùåé â îáìîòêó ÿêîðÿ, ÊÏÄ h è cosj îò îòäàâàåìîé ìåõàíè÷åñêîé ìîùíîñòè P2 ïðè U ñ = const, f ñ = const è I â = const. ×àñòî ýòè õàðàêòåðèñòèêè ñòðîÿò â îòíîñèòåëüíûõ åäèíèöàõ. Ïîñêîëüêó ÷àñòîòà âðàùåíèÿ äâèãàòåëÿ ïîñòîÿííà, çàâèñèìîñòü n 2 = f (P2 ) îáû÷íî íå ïðèâîäèòñÿ; íå ïðèâîäèòñÿ òàêæå è çàâèñèìîñòü M = f (P2 ), òàê êàê âðàùàþùèé ìîìåíò M ïðîïîðöèîíàëåí P2. Çàâèñèìîñòü P1 = f (P2 ) èìååò õàðàêòåð, áëèçêèé ê ëèíåéíîìó. 202 Òîê äâèãàòåëÿ ïðè õîëîñòîì õîäå ÿâëÿåòñÿ ïðàêòè÷åñêè ðåàêòèâíûì. Ïî ìåðå ðîñòà íàãðóçêè âîçðàñòàåò àêòèâíàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ òîêà, â ñâÿçè ñ ÷åì çàâèñèìîñòü òîêà Ià îò ìîùíîñòè P2 ÿâëÿåòñÿ íåëèíåéíîé. Êðèâàÿ h= f (P2 ) èìååò õàðàêòåð, îáùèé äëÿ âñåõ ýëåêòðè÷åñêèõ ìàøèí. Ñèíõðîííûå äâèãàòåëè ìîãóò ðàáîòàòü ñ cos j = 1, íî îáû÷íî èõ ðàññ÷èòûâàþò íà ðàáîòó ïðè íîìèíàëüíîé íàãðóçêå ñ îïåðåæàþùèì òîêîì è cos j íîì = 0,9–0,8.  ýòîì ñëó÷àå óëó÷øàåòñÿ ñóììàðíûé cos j ñåòè, îò êîòîðîé ïèòàþòñÿ ñèíõðîííûå äâèãàòåëè, òàê êàê ñîçäàâàåìàÿ èìè îïåðåæàþùàÿ ðåàêòèâíàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ òîêà Ià êîìïåíñèðóåò îòñòàþùóþ ðåàêòèâíóþ ñîñòàâëÿþùóþ òîêà àñèíõðîííûõ äâèãàòåëåé. Çàâèñèìîñòü cos j = f (P2 ) ïðè ðàáîòå ìàøèí ñ ïåðåâîçáóæäåíèåì èìååò ìàêñèìóì â îáëàñòè P2 > Píîì . Ïðè ñíèæåíèè P2 âåëè÷èíà cos j óìåíüøàåòñÿ, à îòäàâàåìàÿ â ñåòü ðåàêòèâíàÿ ìîùíîñòü âîçðàñòàåò. 18.3. Ïóñê â õîä Ñèíõðîííûé äâèãàòåëü íå èìååò íà÷àëüíîãî ïóñêîâîãî ìîìåíòà. Åñëè åãî ïîäêëþ÷èòü ê ñåòè ïåðåìåííîãî òîêà, êîãäà ðîòîð íåïîäâèæåí, à ïî îáìîòêå âîçáóæäåíèÿ ïðîõîäèò ïîñòîÿííûé òîê, òî çà îäèí ïåðèîä èçìåíåíèÿ òîêà â îáìîòêå ÿêîðÿ ýëåêòðîìàãíèòíûé ìîìåíò áóäåò èçìåíÿòü ñâîå íàïðàâëåíèå, ò. å. ñðåäíèé ìîìåíò çà ïåðèîä áóäåò ðàâåí íóëþ. Ïðè ýòèõ óñëîâèÿõ äâèãàòåëü íå ñìîæåò ïðèéòè âî âðàùåíèå, òàê êàê ðîòîð åãî, îáëàäàþùèé îïðåäåëåííîé èíåðöèåé, íå ìîæåò áûòü â òå÷åíèå îäíîãî ïîëóïåðèîäà ðàçîãíàí äî ñèíõðîííîé ÷àñòîòû âðàùåíèÿ. Ñëåäîâàòåëüíî, äëÿ ïóñêà â õîä ñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ íåîáõîäèìî ðàçîãíàòü åãî ðîòîð ñ ïîìîùüþ âíåøíåãî ìîìåíòà äî ÷àñòîòû âðàùåíèÿ, áëèçêîé ê ñèíõðîííîé.  íàñòîÿùåå âðåìÿ äëÿ ýòîé öåëè ïðèìåíÿþò ìåòîä àñèíõðîííîãî ïóñêà. Ïðè ýòîì ìåòîäå ñèíõðîííûé äâèãàòåëü ïóñêàþò â õîä êàê àñèíõðîííûé, äëÿ ÷åãî åãî ñíàáæàþò ñïåöèàëüíîé êîðîòêîçàìêíóòîé ïóñêîâîé îáìîòêîé, âûïîëíåííîé ïî òèïó áåëè÷üåé êëåòêè. ×òîáû óâåëè÷èòü ñîïðîòèâëåíèå ñòåðæíåé, êëåòêó èçãîòîâëÿþò èç ëàòóíè. Ïðè âêëþ÷åíèè òðåõôàçíîé îáìîòêè ñòàòîðà â ñåòü îáðàçóåòñÿ âðàùàþùååñÿ ìàãíèòíîå ïîëå, 203 Ðèñ. 18.4. Ñèíõðîííûé äâèãàòåëü: à — óñòðîéñòâî ïóñêîâîé îáìîòêè; á, â — ñõåìû åãî àñèíõðîííîãî ïóñêà: 1 — îáìîòêà âîçáóæäåíèÿ; 2 — ïóñêîâàÿ îáìîòêà; 3 — ðîòîð; 4 — îáìîòêà ÿêîðÿ; 5 — ãàñÿùåå ñîïðîòèâëåíèå; 6 — ÿêîðü âîçáóäèòåëÿ; 7 — êîëüöà è ùåòêè 204 êîòîðîå, âçàèìîäåéñòâóÿ ñ òîêîì Iï â ïóñêîâîé îáìîòêå (ðèñ. 18.4, à), ñîçäàåò ýëåêòðîìàãíèòíûå ñèëû F è óâëåêàåò çà ñîáîé ðîòîð. Ïîñëå ðàçãîíà ðîòîðà äî ÷àñòîòû âðàùåíèÿ, áëèçêîé ê ñèíõðîííîé, ïîñòîÿííûé òîê, ïðîõîäÿùèé ïî îáìîòêå âîçáóæäåíèÿ, ñîçäàåò ñèíõðîíèçèðóþùèé ìîìåíò, êîòîðûé âòÿãèâàåò ðîòîð â ñèíõðîíèçì. Ïðèìåíÿþò äâå îñíîâíûå ñõåìû ïóñêà ñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ. Ïðè ñõåìå, èçîáðàæåííîé íà ðèñ. 18.4, á, â îáìîòêó âîçáóæäåíèÿ âíà÷àëå çàìûêàþò íà ãàñÿùèé ðåçèñòîð, ñîïðîòèâëåíèå êîòîðîãî Räîá ïðåâûøàåò â 8–12 ðàç àêòèâíîå ñîïðîòèâëåíèå â îáìîòêå âîçáóæäåíèÿ. Ïîñëå ðàçãîíà ðîòîðà äî ÷àñòîòû âðàùåíèÿ, áëèçêîé ê ñèíõðîííîé (ïðè s » 0, 05), îáìîòêó âîçáóæäåíèÿ îòêëþ÷àþò îò ãàñÿùåãî ðåçèñòîðà è ïîäêëþ÷àþò ê èñòî÷íèêó ïîñòîÿííîãî òîêà (âîçáóäèòåëþ), âñëåäñòâèå ÷åãî ðîòîð âòÿãèâàåòñÿ â ñèíõðîíèçì. Îñóùåñòâèòü ïóñê äâèãàòåëÿ ñ ðàçîìêíóòîé îáìîòêîé âîçáóæäåíèÿ íåëüçÿ, òàê êàê âî âðåìÿ ðàçãîíà ðîòîðà ïðè s > 0 â íåé èíäóêòèðóåòñÿ âðàùàþùèìñÿ ìàãíèòíûì ïîëåì ÝÄÑ E â = 4, 44 f 2 w âF m = 4, 44 f 1 sw âF m , ãäå f 2 = f 1 s — ÷àñòîòà èçìåíåíèÿ òîêà â îáìîòêå âîçáóæäåíèÿ; wâ — ÷èñëî âèòêîâ îáìîòêè âîçáóæäåíèÿ; Ôm — àìïëèòóäà ìàãíèòíîãî ïîòîêà âðàùàþùåãîñÿ ïîëÿ.  íà÷àëüíûé ìîìåíò ïóñêà ïðè s = 1 èç-çà áîëüøîãî ÷èñëà âèòêîâ îáìîòêè âîçáóæäåíèÿ ÝÄÑ Eâ ìîæåò äîñòèãàòü âåñüìà áîëüøîé âåëè÷èíû è âûçâàòü ïðîáîé èçîëÿöèè. Ïðè ñõåìå, èçîáðàæåííîé íà ðèñ. 18.4, â, îáìîòêà âîçáóæäåíèÿ ïîñòîÿííî ïîäêëþ÷åíà ê âîçáóäèòåëþ, ñîïðîòèâëåíèå êîòîðîãî ïî ñðàâíåíèþ ñ ñîïðîòèâëåíèåì Râ âåñüìà ìàëî, ïîýòîìó ýòó îáìîòêó â ðåæèìå àñèíõðîííîãî ïóñêà ìîæíî ñ÷èòàòü çàìêíóòîé íàêîðîòêî. Ñ óìåíüøåíèåì ñêîëüæåíèÿ äî s = 0,3–0,4 âîçáóäèòåëü âîçáóæäàåòñÿ è â îáìîòêó âîçáóæäåíèÿ ïîäàåòñÿ ïîñòîÿííûé òîê, îáåñïå÷èâàþùèé ïðè s » 0, 05 âòÿãèâàíèå ðîòîðà â ñèíõðîíèçì. Ðàçëè÷èå ïóñêîâûõ ñõåì îáóñëîâëåíî òåì, ÷òî íå âî âñåõ ñëó÷àÿõ ìîæåò áûòü ïðèìåíåíà áîëåå ïðîñòàÿ ñõåìà (ñì. ðèñ. 18.4, â) ñ ïîñòîÿííî ïîäêëþ÷åííîé ê âîçáóäèòåëþ îáìîòêîé âîçáóæäåíèÿ, òàê êàê îíà èìååò õóäøèå ïóñêîâûå õàðàêòåðèñòèêè, ÷åì áîëåå ñëîæíàÿ ñõåìà (ñì. ðèñ. 18.4, á). Ãëàâíîé ïðè÷èíîé óõóäøåíèÿ ïóñêîâûõ õàðàêòåðèñòèê ÿâëÿåòñÿ âîçíèêíîâåíèå îäíîîñíîãî ýôôåêòà, îáóñëîâëåííîãî âëèÿíèåì òîêà, èíäóêòèðóåìîãî â îáìîòêå âîçáóæäåíèÿ ïðè ïóñêå, íà õàðàêòåðèñòèêó ïóñêîâîãî ìîìåíòà. Ñëåäóåò îáðàòèòü âíèìàíèå, ÷òî âûáîð ñîïðîòèâëåíèÿ ïóñêîâîé êëåòêè r2¢¢, ñîîòâåòñòâóþùåãî çíà÷èòåëüíîìó ïóñêîâîìó ìîìåíòó ( M  ), ñïîñîáñòâóåò óìåíüøåíèþ ìîìåíòà âõîäà â ñèí¢¢ ) è, íàîáîðîò, ïðè ñîïðîòèâëåíèè r2¢ , ñîîòâåòñòõðîíèçì ( M âõ âóþùåì íåáîëüøîìó ïóñêîâîìó ìîìåíòó ( M ï¢ ), ìîìåíò âõîäà ¢ > M âõ ¢¢ ) (ðèñ. 18.5). â ñèíõðîíèçì óâåëè÷èâàåòñÿ ( M âõ Äîñòîèíñòâà è íåäîñòàòêè. Ñèíõðîííûå äâèãàòåëè èìåþò ñëåäóþùèå äîñòîèíñòâà: à) âîçìîæíîñòü ðàáîòû ïðè cos j = 1, ÷òî ïðèâîäèò ê óëó÷øåíèþ cos j ñåòè, à òàêæå ê ñîêðàùåíèþ ðàçìåðîâ ñàìîãî äâèãàòåëÿ, òàê êàê åãî òîê ìåíüøå òîêà àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ òîé æå ìîùíîñòè. Ïðè ðàáîòå ñ îïåðåæàþùèì òîêîì ñèíõðîííûå äâèãàòåëè ñëóæàò ãåíåðàòîðàìè ðåàêòèâíîé ìîùíîñòè, ïîñòóïàþùåé â àñèíõðîííûå äâèãàòåëè, ÷òî ñíèæàåò ïîòðåáëåíèå ýòîé ìîùíîñòè îò ãåíåðàòîðîâ ýëåêòðîñòàíöèé; 205 Ðèñ. 18.5. Àñèíõðîííûå ìîìåíòû ïðè ïóñêå ñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ: Mà — îñíîâíîé ìîìåíò; Mä — äîïîëíèòåëüíûé ìîìåíò; Mâõ — ìîìåíò âõîäà â ñèíõðîíèçì á) ìåíüøàÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü ê êîëåáàíèÿì íàïðÿæåíèÿ, òàê êàê èõ ìàêñèìàëüíûé ìîìåíò ïðîïîðöèîíàëåí íàïðÿæåíèþ â ïåðâîé ñòåïåíè (à íå êâàäðàòó íàïðÿæåíèÿ, êàê ó àñèíõðîííûõ äâèãàòåëåé); â) ñòðîãîå ïîñòîÿíñòâî ÷àñòîòû âðàùåíèÿ íåçàâèñèìî îò ìåõàíè÷åñêîé íàãðóçêè íà âàëó. Íåäîñòàòêàìè ñèíõðîííûõ äâèãàòåëåé ÿâëÿþòñÿ: à) ñëîæíîñòü êîíñòðóêöèè; á) ñðàâíèòåëüíàÿ ñëîæíîñòü ïóñêà â õîä; â) òðóäíîñòè ñ ðåãóëèðîâàíèåì ÷àñòîòû âðàùåíèÿ, êîòîðîå âîçìîæíî òîëüêî ïóòåì èçìåíåíèÿ ÷àñòîòû ïèòàþùåãî íàïðÿæåíèÿ. Óêàçàííûå íåäîñòàòêè ñèíõðîííûõ äâèãàòåëåé äåëàþò èõ ìåíåå âûãîäíûìè ïî ñðàâíåíèþ ñ àñèíõðîííûìè ïðè ìîùíîñòÿõ äî 100 êÂò. Îäíàêî ïðè áîëåå âûñîêèõ ìîùíîñòÿõ, êîãäà îñîáåííî âàæíî èìåòü âûñîêèé cos j è óìåíüøåííûå ãàáàðèòíûå ðàçìåðû ìàøèíû, ñèíõðîííûå äâèãàòåëè ïðåäïî÷òèòåëüíåå àñèíõðîííûõ. ÂÎÏÐÎÑÛ 18.3.1. ×åì îãðàíè÷èâàåòñÿ îáëàñòü óñòîé÷èâîé ðàáîòû ñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ? 18.3.2. Îáúÿñíèòå ïðîöåññ ïóñêà ñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ. 18.3.3. Êàê ðåãóëèðóåòñÿ êîýôôèöèåíò ìîùíîñòè ñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ? 206 18.3.4. Êàêîâû äîñòîèíñòâà è íåäîñòàòêè ñèíõðîííûõ äâèãàòåëåé ïî ñðàâíåíèþ ñ àñèíõðîííûìè? 18.3.5.  ÷åì çàêëþ÷àåòñÿ îòëè÷èå äâèãàòåëüíîãî ðåæèìà ñèíõðîííîé ìàøèíû îò ãåíåðàòîðíîãî? 18.3.6. Êàêîé õàðàêòåð èìååò ðåàêöèÿ ÿêîðÿ â ñèíõðîííîì äâèãàòåëå ïðè íåäîâîçáóæäåíèè è ïåðåâîçáóæäåíèè? 18.3.7. Êàê â ñèíõðîííîì äâèãàòåëå ìîæíî èçìåíÿòü ìàêñèìàëüíûé ìîìåíò? 18.3.8. Êàêîé ðåæèì (ïåðåâîçáóæäåíèÿ èëè íåäîâîçáóæäåíèÿ) ÿâëÿåòñÿ ðàñ÷åòíûì è ïî÷åìó? 18.3.9. Íàçîâèòå ñïîñîáû ïóñêà ñèíõðîííûõ äâèãàòåëåé è äàéòå èõ êðàòêóþ õàðàêòåðèñòèêó. 18.3.10. Ïîÿñíèòå ïîðÿäîê ïåðåêëþ÷åíèé îáìîòêè âîçáóæäåíèÿ ïðè àñèíõðîííîì ïóñêå ñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ. 18.4. Ðåãóëèðîâàíèå ÷àñòîòû âðàùåíèÿ äâèãàòåëÿ. Âåíòèëüíûé äâèãàòåëü Ñïîñîáû ðåãóëèðîâàíèÿ. ×àñòîòà âðàùåíèÿ ñèíõðîííîãî 60 f 1 äâèãàòåëÿ n2 ðàâíà ÷àñòîòå âðàùåíèÿ n1 = âðàùàþùåãîñÿ p ìàãíèòíîãî ïîëÿ; ñëåäîâàòåëüíî, ïðèíöèïèàëüíî åå ìîæíî ðåãóëèðîâàòü ïóòåì èçìåíåíèÿ ÷àñòîòû ïèòàþùåãî íàïðÿæåíèÿ f1 èëè ÷èñëà ïîëþñîâ 2p. Ðåãóëèðîâàòü ÷àñòîòó âðàùåíèÿ ïóòåì èçìåíåíèÿ ÷èñëà ïîëþñîâ â ñèíõðîííîì äâèãàòåëå íåöåëåñîîáðàçíî, òàê êàê çäåñü, â îòëè÷èå îò àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ, òðåáóåòñÿ èçìåíÿòü ÷èñëî ïîëþñîâ êàê íà ñòàòîðå, òàê è íà ðîòîðå, ÷òî ïðèâîäèò ê çíà÷èòåëüíîìó óñëîæíåíèþ êîíñòðóêöèè ðîòîðà. Ïîýòîìó ïðàêòè÷åñêè èñïîëüçóþò ëèøü èçìåíåíèå ÷àñòîòû ïèòàþùåãî íàïðÿæåíèÿ. Ê ñèíõðîííîìó äâèãàòåëþ ïðèìåíèìû âñå îñíîâíûå ïîëîæåíèÿ òåîðèè ÷àñòîòíîãî ðåãóëèðîâàíèÿ àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ, â òîì ÷èñëå íåîáõîäèìîñòü îäíîâðåìåííîãî èçìåíåíèÿ êàê ÷àñòîòû, òàê è ïèòàþùåãî íàïðÿæåíèÿ. Îäíàêî â ÷èñòîì âèäå ÷àñòîòíîå ðåãóëèðîâàíèå ÷àñòîòû âðàùåíèÿ ñèíõðîííûõ äâèãàòåëåé ïðèìåíÿåòñÿ òîëüêî ïðè î÷åíü ìàëûõ ìîùíîñòÿõ. Äëÿ ñèíõðîííûõ äâèãàòåëåé, ïðèìåíÿåìûõ â ýëåêòðîïðèâîäàõ ñ áîëüøèì ìîìåíòîì èíåðöèè ïðèâîäíîãî ìåõàíèçìà 207 è òðåáóþùèõ ôîðñèðîâàííîãî èçìåíåíèÿ ðåæèìà ðàáîòû (÷àñòûå ïóñêè, ðåçêèå èçìåíåíèÿ ÷àñòîòû âðàùåíèÿ è íàãðóçêè), ýòîò ñïîñîá ðåãóëèðîâàíèÿ íåïðèìåíèì. Äëÿ òàêèõ ýëåêòðîïðèâîäîâ íàèáîëåå ïðèãîäíûì ÿâëÿåòñÿ ìåòîä ÷àñòîòíîãî ðåãóëèðîâàíèÿ ñ ñàìîñèíõðîíèçàöèåé, ïðè êîòîðîì äâèãàòåëü íå ìîæåò âûïàñòü èç ñèíõðîíèçìà. Ñèíõðîííûå äâèãàòåëè, ðåãóëèðóåìûå ïóòåì èçìåíåíèÿ ÷àñòîòû ñ ñàìîñèíõðîíèçàöèåé, íàçûâàþò âåíòèëüíûìè äâèãàòåëÿìè èëè áåñêîëëåêòîðíûìè äâèãàòåëÿìè ïîñòîÿííîãî òîêà. Îäíàêî ïåðâîå íàçâàíèå ÿâëÿåòñÿ áîëåå ïðàâèëüíûì, òàê êàê ýòè äâèãàòåëè ìîãóò ïîëó÷àòü ïèòàíèå îò ñåòè êàê ïîñòîÿííîãî, òàê è ïåðåìåííîãî òîêà. Ïðè ïèòàíèè âåíòèëüíîãî äâèãàòåëÿ îò ñåòè ïîñòîÿííîãî òîêà â ïðåîáðàçîâàòåëå ÷àñòîòû äîëæíû ïðèìåíÿòüñÿ òèðèñòîðû ñ óçëàìè ïðèíóäèòåëüíîé êîììóòàöèè. Ïðè ïèòàíèè âåíòèëüíîãî äâèãàòåëÿ îò òèðèñòîðíîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ ÷àñòîòû, îñíîâàííîãî íà èñïîëüçîâàíèè àâòîíîìíîãî èíâåðòîðà íàïðÿæåíèÿ (ðèñ. 18.6), ïðåîáðàçîâàòåëü ïîäêëþ÷åí ê èñòî÷íèêó ïîñòîÿííîãî òîêà è ôîðìèðóåò òðåõôàçíîå íàïðÿæåíèå èçìåíÿþùåéñÿ ÷àñòîòû, êîòîðîå ïîäàåòñÿ íà ôàçû A, B è C îáìîòêè ÿêîðÿ äâèãàòåëÿ. Ê êàæäîé ôàçå ìîæåò áûòü ïîäâåäåíî ïîëîæèòåëüíîå (òèðèñòîðàìè T1, T2 è T3) è îòðèöàòåëüíîå (òèðèñòîðàìè T4, T5 è T6) íàïðÿæåíèå. Åñëè âíà÷àëå ïðîïóñêàòü òîê ÷åðåç ôàçû A è B (îòêðûòû òèðèñòîðû T1 è T5), çàòåì — ÷åðåç ôàçû B è C (îòêðûòû òèðèñòîðû T2 è T6), äàëåå — ÷åðåç ôàçû C è A (îòêðûòû òèðèñòîðû T3 è T4) è ò. ä. â óêàçàííîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè, òî â ìàøèíå ñîçäàåòñÿ âðàùàþùååñÿ ìàãíèòíîå ïîëå. Ïðè èçìåíåíèè ÷àñòîòû ïåðåêëþ÷åíèÿ òèðèñòîðîâ èçìåíÿåòñÿ ÷àñòîòà ïåðåìåííîãî íàïðÿæåíèÿ, ïîäàâàåìîãî íà ôàçû îáìîòêè ÿêîðÿ, à ñëåäîâàòåëüíî, è ÷àñòîòà âðàùåíèÿ ðîòîðà. Äëÿ çàìûêàíèÿ ðåàêòèâíîé ñîñòàâëÿþùåé òîêà ÿêîðÿ â ïðåîáðàçîâàòåëå èìåþòñÿ äèîäû Ä1–Ä6, âêëþ÷åííûå ïàðàëëåëüíî òèðèñòîðàì, íî â îáðàòíîì íàïðàâëåíèè. Êîììóòàöèÿ òîêà â òèðèñòîðíîì ïðåîáðàçîâàòåëå (ïåðåêëþ÷åíèå òîêà ñ îäíîé ôàçû íà äðóãóþ) òðåáóåò ïðèìåíåíèÿ â íåì ñïåöèàëüíûõ êîììóòèðóþùèõ óçëîâ, òàê êàê òèðèñòîð ÿâëÿåòñÿ íå ïîëíîñòüþ óïðàâëÿåìûì ïðèáîðîì. Äëÿ çàêðûòèÿ òèðèñòîðà, âêëþ÷åííîãî â öåïü ïîñòîÿííîãî òîêà, íåîáõîäèìî êðàòêîâðåìåííî 208 Ðèñ. 18.6. Ñõåìû ïèòàíèÿ âåíòèëüíîãî äâèãàòåëÿ îò òèðèñòîðíîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ ÷àñòîòû: à — ñ èíâåðòîðîì íàïðÿæåíèÿ; á — ñ èíâåðòîðîì òîêà ïîäàòü íà íåãî îáðàòíîå íàïðÿæåíèå îïðåäåëåííîé âåëè÷èíû.  ðàññìàòðèâàåìîì ïðåîáðàçîâàòåëå ïðèìåíåíû äâà óçëà ïðèíóäèòåëüíîé (èñêóññòâåííîé) êîììóòàöèè — ïî îäíîìó äëÿ âñåõ òèðèñòîðîâ, ïðèñîåäèíÿåìûõ ñîîòâåòñòâåííî ê ïîëîæèòåëüíîìó è îòðèöàòåëüíîìó ïîëþñàì èñòî÷íèêà ïîñòîÿííîãî òîêà. Êàæäûé óçåë ñîñòîèò èç êîíòóðà L–C è âñïîìîãàòåëüíûõ òèðèñòîðîâ. Çàêðûòèå òèðèñòîðîâ T1, T2 è T3, ïðèñîåäèíåííûõ ê ïîëîæèòåëüíîìó ïîëþñó, ïðîèçâîäèòñÿ êîíòóðîì L1–C1. Ïðè îòêðûòèè âñïîìîãàòåëüíîãî òèðèñòîðà T11 êîíäåíñàòîð C1 çàðÿæàåòñÿ ÷åðåç èíäóêòèâíîñòü L1 äî äâîéíîãî íàïðÿæåíèÿ ñåòè è çàïèðàåò òèðèñòîð T11. Çàòåì îòêðûâàþòñÿ âñïîìîãàòåëüíûå òèðèñòîðû T21, T22 èëè T23 è ïîäàþò íà òèðèñòîðû T1, T2 èëè T3 îáðàòíîå (ïîëîæèòåëüíîå) íàïðÿæåíèå. Ïðè ýòîì ñîîòâåòñò209 âóþùèé òèðèñòîð çàïèðàåòñÿ, à êîíäåíñàòîð C1 ðàçðÿæàåòñÿ ÷åðåç íàãðóçêó. Àíàëîãè÷íî çàïèðàþòñÿ òèðèñòîðû T4, T5 è T6. Âíà÷àëå îòêðûâàåòñÿ âñïîìîãàòåëüíûé òèðèñòîð T12 è ÷åðåç èíäóêòèâíîñòü L2 çàðÿæàåò êîíäåíñàòîð C2. Çàòåì îòêðûâàþòñÿ âñïîìîãàòåëüíûå òèðèñòîðû T24, T25 èëè T26 è ïðèñîåäèíÿþòñÿ àíîäû òèðèñòîðîâ T4, T5 èëè T6 ê îòðèöàòåëüíîé îáêëàäêå êîíäåíñàòîðà C2. Íàïðÿæåíèå, ïîäàâàåìîå ê ÿêîðþ âåíòèëüíîãî äâèãàòåëÿ îò ïðåîáðàçîâàòåëÿ ÷àñòîòû, ÿâëÿåòñÿ, òàê æå êàê è ïðè ÷àñòîòíîì ðåãóëèðîâàíèè àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ, íåñèíóñîèäàëüíûì. Ïîýòîìó, ÷òîáû óìåíüøèòü âðåäíûå âîçäåéñòâèÿ âûñøèõ ãàðìîíèê íàïðÿæåíèÿ, òîêà è ïîòîêà, äâèãàòåëü íåîáõîäèìî ñíàáäèòü ìîùíîé äåìïôåðíîé îáìîòêîé ñ ìàëûìè àêòèâíûìè è èíäóêòèâíûìè ñîïðîòèâëåíèÿìè.  ýòîì ñëó÷àå âûñøèå ãàðìîíèêè îêàçûâàþò íà ñèíõðîííûé äâèãàòåëü ñðàâíèòåëüíî íåáîëüøîå âîçäåéñòâèå. Ïðè íàëè÷èè òàêîé îáìîòêè ðåæèìû ðàáîòû âåíòèëüíîãî äâèãàòåëÿ ìîæíî ðàññìàòðèâàòü ñ ó÷åòîì òîëüêî ïåðâûõ ãàðìîíèê òîêà è íàïðÿæåíèÿ. Ðåæèì ðàáîòû âåíòèëüíîãî äâèãàòåëÿ çàâèñèò íå òîëüêî îò âåëè÷èíû òîêà âîçáóæäåíèÿ è ñîîòíîøåíèÿ ìåæäó íàïðÿæåíèåì è ÷àñòîòîé. Áîëüøîå çíà÷åíèå èìåþò òàêæå ìîìåíòû ïîäà÷è íàïðÿæåíèÿ íà ôàçû äâèãàòåëÿ è ïàðàìåòðû ïðåîáðàçîâàòåëÿ ÷àñòîòû.  ïðåîáðàçîâàòåëå ÷àñòîòû, îñíîâàííîì íà èñïîëüçîâàíèè èíâåðòîðà íàïðÿæåíèÿ (ñì. ðèñ. 18.6, à), âåëè÷èíà âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ïî÷òè íå çàâèñèò îò ðåæèìà ðàáîòû äâèãàòåëÿ, ïîýòîìó ðåãóëèðîâàíèå íåîáõîäèìî âåñòè ïðè ïîñòîÿíñòâå óãëà q. Ýòî ìîæíî îñóùåñòâèòü, îïðåäåëÿÿ ñ ïîìîùüþ êàêîãî-ëèáî äàò÷èêà ïîëîæåíèå îñè ïîëþñîâ ðîòîðà (à ñëåäîâàòåëüíî, è íàïðàâëåíèå âåêòîðà E& 0 ) è ðåãóëèðóÿ ïîäà÷ó óïðàâëÿþùèõ èìïóëüñîâ íà òèðèñòîðû ïðåîáðàçîâàòåëÿ òàê, ÷òîáû âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ïðåîáðàçîâàòåëÿ ïîäàâàëîñü íà ñîîòâåòñòâóþùèå ôàçû äâèãàòåëÿ ñ íåêîòîðûì óãëîì îïåðåæåíèÿ b 0 » q (óãîë ðåãóëèðîâàíèÿ) ïî îòíîøåíèþ ê ïîëîæåíèþ âåêòîðà E& 0 äëÿ äàííîé ôàçû. Ìîæíî òàêæå îïðåäåëÿòü îñü ðåçóëüòèðóþùåãî ìàãíèòíîãî ïîòîêà è ïîäàâàòü ïèòàíèå íà ñîîòâåòñòâóþùóþ ôàçó ñ òðåáóåìûì óãëîì b0. Îáà ýòè ìåòîäà èìåþò ñâîè ïðåèìóùåñòâà è íåäîñòàòêè, îáóñëîâëåííûå â îñíîâíîì îñîáåííîñòÿìè ïðèìåíÿåìûõ äàò÷èêîâ è óïðàâëÿþùèõ óñòðîéñòâ. 210  ðàññìàòðèâàåìîé ñõåìå ïèòàíèÿ âåíòèëüíîãî äâèãàòåëÿ óãîë ðåãóëèðîâàíèÿ b 0 ïðàêòè÷åñêè ïîëíîñòüþ îïðåäåëÿåò óãîë q. Åñëè ïîëîæèòü b 0 » q, òî ïðè ïîñòîÿííûõ çíà÷åíèÿõ ÷àñòîòû ïèòàþùåãî íàïðÿæåíèÿ è òîêà âîçáóæäåíèÿ (ò. å. f1 è ÝÄÑ E0) ôîðìóëà ïðèíèìàåò âèä M= mUE 0 sin q = CU sin q = const w 1 X ñí ïðè èçìåíåíèè óãëà ðåãóëèðîâàíèÿ b 0 » q, äëÿ ïîääåðæàíèÿ âåëè÷èíû ìîìåíòà M íåèçìåííîé íóæíî ðåãóëèðîâàòü âåëè÷èíó íàïðÿæåíèÿ U, ïîäâîäèìîãî ê äâèãàòåëþ îò ïðåîáðàçîâàòåëÿ.  ïðåîáðàçîâàòåëå ÷àñòîòû, îñíîâàííîì íà èñïîëüçîâàíèè èíâåðòîðà òîêà, áîëüøàÿ âåëè÷èíà èíäóêòèâíîñòè L â öåïè ïîñòîÿííîãî òîêà (ñì. ðèñ. 18.6, á) ïîçâîëÿåò ñ÷èòàòü, ÷òî òîê ÿêîðÿ Ià èìååò ïðàêòè÷åñêè ïðÿìîóãîëüíóþ ôîðìó. Âñëåäñòâèå ýòîãî óãîë îïåðåæåíèÿ b 0 îïðåäåëÿåò ïîëîæåíèå âåêòîðà òîêà I& a íà äèàãðàììå äâèãàòåëÿ îòíîñèòåëüíî ïîëîæåíèÿ âåêòîðà ÝÄÑ E& 0 . Äëÿ òîãî ÷òîáû äâèãàòåëü ðàáîòàë ïðè cos j = 1, âåêòîð òîêà I& a äîëæåí îïåðåæàòü âåêòîð ÝÄÑ E& 0 íà óãîë b 0 , êîòîðûé â çàâèñèìîñòè îò íàãðóçêè ñîñòàâëÿåò 30–60°. Ïóñêîâîé ìîìåíò âåíòèëüíîãî äâèãàòåëÿ ìàêñèìàëåí ïðè b 0 = 0. Ïîýòîìó â ýëåêòðîïðèâîäàõ ñ òÿæåëûìè óñëîâèÿìè ïóñêà ñíà÷àëà ðåãóëèðîâàíèå îñóùåñòâëÿþò ïðè b 0 = 0, à ñ ðîñòîì ÷àñòîòû âðàùåíèÿ çàäàþò íåêîòîðûé óãîë îïåðåæåíèÿ. Ïðè íåîáõîäèìîñòè ïèòàíèÿ âåíòèëüíîãî äâèãàòåëÿ îò ñåòè òðåõôàçíîãî òîêà ìîæíî ïðèìåíÿòü ïðåîáðàçîâàòåëè ÷àñòîòû ñ íåïîñðåäñòâåííîé ñâÿçüþ, ò. å. áåç ïðîìåæóòî÷íîãî âûïðÿìèòåëÿ (ðèñ. 18.7). Ïðåèìóùåñòâîì òàêèõ ïðåîáðàçîâàòåëåé ÿâëÿåòñÿ îòñóòñòâèå óçëîâ ïðèíóäèòåëüíîé êîììóòàöèè, òàê êàê òèðèñòîðû ïåðåñòàþò ïðîâîäèòü òîê ïîñëå èçìåíåíèÿ íàïðàâëåíèÿ íàïðÿæåíèÿ â ñîîòâåòñòâóþùåé ôàçå A, B, C èñòî÷íèêà òðåõôàçíîãî òîêà. Îäíàêî äîñòàòî÷íî õîðîøåå ïðèáëèæåíèå ôîðìû âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ê ñèíóñîèäå è ÷åòêîå ïðåêðàùåíèå òîêà (â íåîáõîäèìûé ìîìåíò) ìîæåò áûòü ïîëó÷åíî òîëüêî â òîì ñëó÷àå, åñëè èñòî÷íèê òðåõôàçíîãî òîêà èìååò ÷àñòîòó, â 2–3 ðàçà áîëüøóþ, ÷åì âûõîäíàÿ ÷àñòîòà ïðåîáðàçîâàòåëÿ (ñì. ðèñ. 18.7, á). 211 Ðèñ. 18.7. Âåíòèëüíûé äâèãàòåëü: à — ñõåìà ïèòàíèÿ îò ïðåîáðàçîâàòåëÿ ÷àñòîòû ñ íåïîñðåäñòâåííîé ñâÿçüþ; á — ôîðìà êðèâîé âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ïðåîáðàçîâàòåëÿ Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî âñå òèïû âåíòèëüíûõ äâèãàòåëåé íå îáëàäàþò åùå äîñòàòî÷íî âûñîêîé íàäåæíîñòüþ èç-çà ñëîæíîñòè ïðåîáðàçîâàòåëåé ÷àñòîòû è èõ ñõåì óïðàâëåíèÿ, êîòîðûå âêëþ÷àþò áîëüøîå êîëè÷åñòâî âåíòèëåé è äðóãèõ ýëåìåíòîâ, âåñüìà ÷óâñòâèòåëüíûõ ê ïåðåãðóçêàì. Òåì íå ìåíåå âåíòèëüíûå äâèãàòåëè, êàê è àñèíõðîííûå äâèãàòåëè ñ ÷àñòîòíûì ðåãóëèðîâàíèåì, ÿâëÿþòñÿ âåñüìà ïåðñïåêòèâíûìè. 18.5. Ñèíõðîííûé êîìïåíñàòîð Ñèíõðîííûé êîìïåíñàòîð (ÑÊ) ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ñèíõðîííóþ ìàøèíó, ïðåäíàçíà÷åííóþ äëÿ ãåíåðèðîâàíèÿ ðåàêòèâíîé ìîùíîñòè. Ñèíõðîííûé êîìïåíñàòîð âêëþ÷àþò â ýëåê212 òðè÷åñêóþ ñèñòåìó ñ öåëüþ ïîâûøåíèÿ åå êîýôôèöèåíòà ìîùíîñòè. Ïðèíöèï ïðîèñõîäÿùèõ ïðè ýòîì ÿâëåíèé ñîñòîèò â òîì, ÷òî íåîáõîäèìóþ äëÿ ðàáîòû íåêîòîðûõ ïîòðåáèòåëåé ðåàêòèâíóþ ìîùíîñòü âûðàáàòûâàåò íå ñèíõðîííûé ãåíåðàòîð, óñòàíîâëåííûé íà ýëåêòðîñòàíöèè, à ñèíõðîííûé êîìïåíñàòîð, óñòàíîâëåííûé â íåïîñðåäñòâåííîé áëèçîñòè ê ïîòðåáèòåëþ. Ê ÷èñëó ïîòðåáèòåëåé ïåðåìåííîãî òîêà, òðåáóþùèõ çíà÷èòåëüíîé ðåàêòèâíîé ìîùíîñòè, îòíîñÿòñÿ, â ïåðâóþ î÷åðåäü, àñèíõðîííûå äâèãàòåëè. Íà ðèñ. 18.8 ïîêàçàíà ñèñòåìà, ñîñòîÿùàÿ èç ñèíõðîííîãî ãåíåðàòîðà (ÑÃ), ïîâûøàþùåãî ÒðI è ïîíèæàþùåãî ÒðII òðàíñôîðìàòîðîâ, ëèíèè ýëåêòðîïåðåäà÷è (ËÝÏ), ïîòðåáèòåëÿ Z è ñèíõðîííîãî êîìïåíñàòîðà, âêëþ÷åííîãî íåïîñðåäñòâåííî íà âõîäå ïîòðåáèòåëÿ. Ñèíõðîííûé êîìïåíñàòîð, âêëþ÷åííûé â ñåòü, ðàáîòàåò êàê ñèíõðîííûé äâèãàòåëü áåç íàãðóçêè (P2 = 0), ò. å. â ðåæèìå õîëîñòîãî õîäà, è ïðè ýòîì, âûðàáàòûâàåò ðåàêòèâíóþ ìîùíîñòü Qñê, íåîáõîäèìóþ äëÿ ðàáîòû ïîòðåáèòåëÿ Z, íàïðèìåð ãðóïïû àñèíõðîííûõ äâèãàòåëåé. Áëàãîäàðÿ ýòîìó ðåàêòèâíàÿ ìîùíîñòü â Ñà è ËÝÏ äîâåäåíà äî íåêîòîðîãî ìèíèìàëüíîãî çíà÷åíèÿ Qmin. Ýòî ñïîñîáñòâóåò ïîâûøåíèþ òåõíèêî-ýêîíîìè÷åñêèõ ïîêàçàòåëåé âñåé ýëåêòðè÷åñêîé ñèñòåìû. Ðèñ. 18.8. Ñõåìà âêëþ÷åíèÿ ñèíõðîíÄëÿ ïîÿñíåíèÿ ÿâëåíèé, íîãî êîìïåíñàòîðà â ýëåêòðè÷åñêóþ ñèñòåìó ñâÿçàííûõ ñ ïîäêëþ÷åíèåì ÑÊ ê ýëåêòðè÷åñêîé ñèñòåìå, ðàññìîòðèì ðèñ. 18.9. Ïðè ïîäêëþ÷åíèè ïîòðåáèòåëÿ Z ê ñåòè ñ íàïðÿæåíèåì Uñ (ñì. ðèñ. 18.9, à) â ñåòè âîçíèêàåò òîê I& z , îòñòàþùèé ïî ôàçå îò íàïðÿæåíèÿ U& ñ íà óãîë j 2 , îáóñëîâëåííûé çíà÷èòåëüíîé èíäóêòèâíîé ñîñòàâëÿþùåé òîêà Iz. Ïðè ïîäêëþ÷åíèè ÑÊ ïàðàëëåëüíî ïîòðåáèòåëþ Z è ñîçäàíèè â ÑÊ ðåæèìà ïåðåâîçáóæäåíèÿ (ñì. ðèñ. 18.9, á) â ñåòè ïîÿâèòñÿ òîê I& ñê , îïåðåæàþùèé ïî ôàçå íàïðÿæåíèå U& c íà óãîë 90°. Ðåçóëüòèðóþùèé òîê â ñåòè I& ñ = I& z + I& ñê . (18.2) 213 Ôàçîâûé ñäâèã ýòîãî òîêà îòíîñèòåëüíî íàïðÿæåíèÿ ñåòè U& c (óãîë j c ) íàìíîãî ìåíüøå óãëà ôàçîâîãî ñäâèãà äî âêëþ÷åíèÿ ÑÊ (óãîë j 2 ). Êðîìå òîãî, òîê Iñ ñòàíåò ìåíüøå (I ñ < I z ).  ýòîì ìîæíî óáåäèòüñÿ èñõîäÿ èç ñëåäóþùèõ ñîîáðàæåíèé. Òàê êàê ÑÊ ðàáîòàåò áåç íàãðóçêè íà âàëó, òî åãî àêòèâíàÿ ìîùíîñòü íå âåëèêà è îïðåäåëÿåòñÿ ïîòåðÿìè õîëîñòîãî õîäà â êîìïåíñàòîðå. Ïðåíåáðåãàÿ ýòèìè ïîòåðÿìè, ìîæíî àêòèâíóþ ìîùíîñòü â ñåòè äî ïîäêëþ÷åíèÿ ÑÊ (18.3) Pñ = Pz = 3I zU ñ cos j 2 ïðèðàâíÿòü ê àêòèâíîé ìîùíîñòè ñåòè ïîñëå ïîäêëþ÷åíèÿ ÑÊ: Pñ¢ = 3I ñU ñ cos j ñ . (18.4) Íî òàê êàê Pñ = Pñ¢, a cos j ñ > cos j 2 , òî I ñ < I z .  ðåçóëüòàòå ñèíõðîííûé ãåíåðàòîð è ëèíèÿ ýëåêòðîïåðåäà÷è ðàçãðóæàþòñÿ, è ïîòåðè ìîùíîñòè â íèõ óìåíüøàþòñÿ. Ðèñ. 18.9. Ïðèìåíåíèå ñèíõðîííîãî êîìïåíñàòîðà äëÿ ïîâûøåíèÿ êîýôôèöèåíòà ìîùíîñòè ñåòè  íåêîòîðûõ ñëó÷àÿõ ÑÊ ðàáîòàþò ñ íåäîâîçáóæäåíèåì. Íåîáõîäèìîñòü â ýòîì âîçíèêàåò, åñëè òîê â ñèñòåìå ñîäåðæèò çíà÷èòåëüíóþ åìêîñòíóþ ñîñòàâëÿþùóþ, êîòîðàÿ íå êîìïåíñèðóåòñÿ èíäóêòèâíîé ñîñòàâëÿþùåé òîêà ïîòðåáèòåëåé. Îáû÷íî ñòåïåíü âîçáóæäåíèÿ ÑÊ ðåãóëèðóþò ïîñðåäñòâîì àâòîìàòè÷åñêèõ óñòðîéñòâ. Ñèíõðîííûå êîìïåíñàòîðû ïðèìåíÿþò òàêæå äëÿ ñòàáèëèçàöèè íàïðÿæåíèÿ â ñåòè ïðè ïåðåäà÷å ýíåðãèè ïî ëèíèÿì áîëüøîé ïðîòÿæåííîñòè. Ïðè áîëüøèõ èíäóêòèâíûõ íàãðóçêàõ íà214 ïðÿæåíèå â êîíöå ëèíèè (ó ïîòðåáèòåëåé) îêàçûâàåòñÿ íàìíîãî ìåíüøå, ÷åì â íà÷àëå, ïðè ìàëûõ íàãðóçêàõ, è íàîáîðîò, ïîä âëèÿíèåì åìêîñòíûõ ñîïðîòèâëåíèé ëèíèè íàïðÿæåíèå â êîíöå ëèíèè ìîæåò äàæå ïîâûøàòüñÿ ïî ñðàâíåíèþ ñ íàïðÿæåíèåì â íà÷àëå. Åñëè æå â êîíöå ëèíèè (ó ïîòðåáèòåëåé) âêëþ÷èòü ÑÊ, ðàáîòàþùèé ïðè áîëüøèõ íàãðóçêàõ ñ ïåðåâîçáóæäåíèåì è ïðè ìàëûõ íàãðóçêàõ ñ íåäîâîçáóæäåíèåì, òî ýòî ïîçâîëèò ïîääåðæèâàòü íàïðÿæåíèå â êîíöå ëèíèè ïðàêòè÷åñêè íåèçìåííûì. Îáû÷íî êîýôôèöèåíò ìîùíîñòè óâåëè÷èâàþò äî 0,92–0,95, òàê êàê ýêîíîìèÿ, ïîëó÷àåìàÿ îò ïîâûøåíèÿ êîýôôèöèåíòà ìîùíîñòè äî åäèíèöû, íå îïðàâäûâàåò óâåëè÷èâàþùèõñÿ ðàñõîäîâ, îáóñëîâëåííûõ âîçðîñøåé ìîùíîñòüþ ñèíõðîííîãî êîìïåíñàòîðà. Ñèíõðîííûå êîìïåíñàòîðû — ýòî ýëåêòðè÷åñêèå ìàøèíû áîëüøîé ìîùíîñòè: îò 10 äî 160 òûñ. êÂÀ. Âûïîëíÿþò èõ îáû÷íî ñ ãîðèçîíòàëüíûì ðàñïîëîæåíèåì âàëà íà íàïðÿæåíèå îò 6,6 äî 16 êÂ, ÷àñòîòîé 50 Ãö. ×èñëî ïîëþñîâ â ÑÊ îáû÷íî ñîñòàâëÿåò 2 p = 6 è 8, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò ÷àñòîòå âðàùåíèÿ ðîòîðà 1000 è 750 îá/ìèí.  ñèíõðîííûõ êîìïåíñàòîðàõ ñîâðåìåííûõ ñåðèé ïðèìåíåí àñèíõðîííûé ïóñê, ïîýòîìó ðîòîð ÑÊ ñíàáæåí ïóñêîâîé êëåòêîé. ÂÎÏÐÎÑÛ 18.5.1. Äëÿ ÷åãî èñïîëüçóþò ñèíõðîííûå êîìïåíñàòîðû? 18.5.2.  ÷åì çàêëþ÷àþòñÿ êîíñòðóêòèâíûå îòëè÷èÿ ñèíõðîííûõ êîìïåíñàòîðîâ îò ñèíõðîííûõ äâèãàòåëåé? Ëåêöèÿ 19 ÏÎÍßÒÈÅ Î ÏÅÐÅÕÎÄÍÛÕ ÏÐÎÖÅÑÑÀÕ Â ÑÈÍÕÐÎÍÍÛÕ ÌÀØÈÍÀÕ 19.1. Âíåçàïíîå êîðîòêîå çàìûêàíèå ãåíåðàòîðà Ïðîöåññû, âîçíèêàþùèå â ñèíõðîííûõ ìàøèíàõ ïðè ïåðåõîäíûõ ðåæèìàõ, íàïðèìåð, ïðè âíåçàïíîì êîðîòêîì çàìûêàíèè èëè ðåçêîì èçìåíåíèè íàãðóçêè, âåñüìà ñëîæíû, ÷òî âûçûâàåò çíà÷èòåëüíûå òðóäíîñòè ïðè èõ òî÷íîì êîëè÷åñòâåííîì ðàñ÷åòå. Îäíàêî ïîâåäåíèå ñèíõðîííîé ìàøèíû ïðè óêàçàííûõ ðåæèìàõ èìååò î÷åíü áîëüøîå Ðèñ. 19.1. Ãðàôèêè èçìåíåíèÿ òîêîâ ïðàêòè÷åñêîå çíà÷åíèå, òàê êàê â îáìîòêàõ: à — ÿêîðÿ; á — âîçáóæäåíèÿ; â — äåìïôåðíîé ïðè êîðîò- ïåðåõîäíûå ïðîöåññû ìîãóò âûêîì çàìûêàíèè çâàòü ïîâðåæäåíèå ìàøèíû, à ñëåäîâàòåëüíî, è çíà÷èòåëüíûå óáûòêè, ñâÿçàííûå ñ ïåðåðûâîì ýíåðãîñíàáæåíèÿ îáúåêòîâ, ïîëó÷àþùèõ ïèòàíèå îò ãåíåðàòîðà, èëè ñ ïðåêðàùåíèåì ðàáîòû ýëåêòðîïðèâîäîâ ñ ñèíõðîííûìè äâèãàòåëÿìè. Ïîýòîìó íåîáõîäèìî èìåòü îáùåå ïðåäñòàâëåíèå î ôèçè÷åñêèõ ïðîöåññàõ, âîçíèêàþùèõ ïðè ïåðåõîäíûõ ðåæèìàõ, è óñòàíîâèòü õîòÿ áû ïðèáëèæåííî âåëè÷èíó àâàðèéíûõ òîêîâ, èìåþùèõ ìåñòî ïðè êîðîòêîì çàìûêàíèè. Ðàññìîòðèì òðåõôàçíîå êîðîòêîå çàìûêàíèå ÿâíîïîëþñíîãî ñèíõðîííîãî ãåíåðàòîðà, ðàáîòàâøåãî ïðåäâàðèòåëüíî â ðå216 æèìå õîëîñòîãî õîäà. Îñöèëëîãðàììû òîêà ÿêîðÿ iê â îäíîé èç ôàç ãåíåðàòîðà, òîêà âîçáóæäåíèÿ iâ è òîêà iä â äåìïôåðíîé îáìîòêå ïîêàçàíû íà ðèñ. 19.1. Òîê ÿêîðÿ iê ïðè ïåðåõîäíîì ïðîöåññå èìååò ïåðèîäè÷åñêóþ è àïåðèîäè÷åñêóþ ñîñòàâëÿþùèå: i ê = i ê.ï + i ê.a . Íà ïåðâûé âçãëÿä èçìåíåíèå òîêà ÿêîðÿ íàïîìèíàåò çàêîí èçìåíåíèÿ òîêà òðàíñôîðìàòîðà ïðè êîðîòêîì çàìûêàíèè. Îäíàêî áîëåå ïîäðîáíûé àíàëèç ïîêàçûâàåò, ÷òî ïðîöåññ êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ â ñèíõðîííîì ãåíåðàòîðå çíà÷èòåëüíî ñëîæíåå, ÷åì â òðàíñôîðìàòîðå. Ðèñ. 19.2. Ãðàôèê èçìåíåíèÿ òîêà â îáìîòêå ÿêîðÿ ïðè êîðîòêîì çàìûêàíèè Ïðè êîðîòêîì çàìûêàíèè ãåíåðàòîðà ñ òå÷åíèåì âðåìåíè ïîñòåïåííî óìåíüøàåòñÿ àìïëèòóäà ïåðèîäè÷åñêîé ñîñòàâëÿþùåé òîêà ãåíåðàòîðà (ðèñ. 19.2), â èòîãå îíà ñòàíîâèòñÿ ðàâíîé àìïëèòóäå óñòàíîâèâøåãîñÿ òîêà êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ: i ê. m = 2E 0 E m . = Xd Xd  ïåðâîì ïîëóïåðèîäå àìïëèòóäà ïåðèîäè÷åñêîé ñîñòàâëÿþùåé â 5–8 ðàç ïðåâûøàåò âåëè÷èíó Iê.m. Ýòî îáóñëîâëåíî òåì, ÷òî â íà÷àëüíûé ìîìåíò ïðîöåññà êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ ÝÄÑ ñèíõðîííîãî ãåíåðàòîðà áëèçêà ê ÝÄÑ õîëîñòîãî õîäà E0, è òîëüêî ÷åðåç 0,6–1,5 ñ ñòàíîâèòñÿ ðàâíîé E& = E& 0 + E& à = E& 0 - jI& ê X d . 217 Áûñòðîìó óìåíüøåíèþ ÝÄÑ E è ïîòîêà Ôðåç ïðåïÿòñòâóåò ïîÿâëåíèå ïåðåõîäíîãî òîêà â îáìîòêå âîçáóæäåíèÿ (ñì. ðèñ. 19.1, á) âñëåäñòâèå òîãî, ÷òî â íåé èíäóêòèðóåòñÿ ÝÄÑ eâ = -w â dF ðåç . dt Ïåðåõîäíûé òîê â îáìîòêå âîçáóæäåíèÿ èìååò ìàêñèìóì â íà÷àëüíûé ïåðèîä êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ è ïîñòåïåííî óìåíüøàåòñÿ äî óñòàíîâèâøåãîñÿ çíà÷åíèÿ òîêà, ïðåäøåñòâóþùåãî êîðîòêîìó çàìûêàíèþ.  ñîîòâåòñòâèè ñ ýòèì ñíèæàþòñÿ ïîòîê Ôðåç è àìïëèòóäà ïåðèîäè÷åñêîé ñîñòàâëÿþùåé òîêà êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ. Íàèáîëüøåå çíà÷åíèå ýòîé àìïëèòóäû ¢ m= I óñò. Em , X d¢ (19.1) ãäå X d¢ — ïðîäîëüíîå ïåðåõîäíîå èíäóêòèâíîå ñîïðîòèâëåíèå îáìîòêè ÿêîðÿ; îáû÷íî âåëè÷èíà åãî â îòíîñèòåëüíûõ åäèíèöàõ X d¢ * = 0,2–0,5. Ïîñêîëüêó àìïëèòóäà ïåðèîäè÷åñêîé ñîñòàâëÿþùåé òîêà êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ ïîñòåïåííî çàòóõàåò, ïðèáëèæàÿñü ê óñòàíîâèâøåìóñÿ çíà÷åíèþ Iê.m, è èíäóêòèâíîå ñîïðîòèâëåíèå ñèíõðîííîé ìàøèíû çíà÷èòåëüíî áîëüøå àêòèâíîãî, ò. å. óãîë X p j ê = arctg ê » , òî ïåðèîäè÷åñêàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ Rê 2 t é ù ¢ . m - I ê. m ) × e Td¢ + I ê. m ú sin(w × t + a 0 - j ê ) = i ê.ï = êê(I óñò ú êë úû (19.2) t ù éæ E ö E = êêçç m - m ÷÷÷ × e Td¢ + E m |X d |cos(w × t + a 0 )úú. ç X d ÷ø úû êëè X d¢ Ïåðåõîäíàÿ ïîñòîÿííàÿ âðåìåíè T d¢ = 0,4–0,3 ñ, îïðåäåëÿþùàÿ çàòóõàíèå òîêà iê.m, çàâèñèò íå òîëüêî îò ïàðàìåòðîâ îáìîòêè ÿêîðÿ, íî è ãëàâíûì îáðàçîì îò ïàðàìåòðîâ îáìîòêè âîçáóæäåíèÿ. Åñëè ìàøèíà èìååò äåìïôåðíóþ (óñïîêîèòåëüíóþ) îáìîòêó, òî â íåé òàêæå âîçíèêàåò ïåðåõîäíûé òîê (ñì. ðèñ. 19.1, â), çàìåäëÿþùèé óìåíüøåíèå ðåçóëüòèðóþùåãî ïîòîêà. Ïðè ýòîì 218 àìïëèòóäà òîêà êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ áóäåò áîëüøåé, ÷åì ïðè îòñóòñòâèè äåìïôåðíîé îáìîòêè ¢ m= I óñò. Em , X d¢¢ (19.3) ãäå X d¢¢ — ñâåðõïåðåõîäíîå èíäóêòèâíîå ñîïðîòèâëåíèå ïî ïðîäîëüíîé îñè; îáû÷íî X d¢¢* = 0,12–0,35. Çàòóõàíèå òîêà ÿêîðÿ îïðåäåëÿåòñÿ ñâåðõïåðåõîäíîé ïîñòîÿííîé âðåìåíè T d¢¢ = 0,03–0,15 ñ, êîòîðàÿ çàâèñèò â îñíîâíîì îò ïàðàìåòðîâ äåìïôåðíîé (óñïîêîèòåëüíîé) îáìîòêè. Ñ ó÷åòîì ñêàçàííîãî ïåðèîäè÷åñêàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ òîêà êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ i ê.ï t éæ E êçç m - E m ö÷÷ × e Td¢¢ + êçè X ¢¢ X ¢ ÷÷ø d d = êê t E ê çæ E m E m ö÷ - Td¢ ÷÷ × e + m ê +çç Xd X d ÷ø êë è X d¢ ù ú ú ú cos(wt + a 0 ). ú ú ú úû (19.4) Ïîñêîëüêó ÝÄÑ â ôàçàõ îáìîòêè ñòàòîðà ñäâèíóòà ïî âðåìåíè, íà÷àëüíûé óãîë a 0 äëÿ íèõ ðàçëè÷åí, à ñëåäîâàòåëüíî, ðàçëè÷íû è òîêè ôàç â ïåðåõîäíîì ïåðèîäå. Àïåðèîäè÷åñêèå ñîñòàâëÿþùèå òîêîâ â ôàçàõ ÿêîðÿ ñîçäàþò íåïîäâèæíîå â ïðîñòðàíñòâå ìàãíèòíîå ïîëå, êîòîðîå ïåðåñåêàåò âðàùàþùèéñÿ ðîòîð. Âñëåäñòâèå ýòîãî â îáìîòêàõ ðîòîðà âîçíèêàþò ïåðèîäè÷åñêèå ÝÄÑ è òîêè. Òàê êàê ïî ïðîäîëüíîé è ïîïåðå÷íîé îñÿì ðîòîð íå ñèììåòðè÷åí (èç-çà ðàçíûõ âåëè÷èí âîçäóøíîãî çàçîðà â ÿâíîïîëþñíûõ ìàøèíàõ è èç-çà òîãî, ÷òî ïî ïðîäîëüíîé îñè èìååòñÿ îáìîòêà âîçáóæäåíèÿ), òî â àïåðèîäè÷åñêîì òîêå ÿêîðÿ ïîÿâëÿåòñÿ ïåðåìåííàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ äâîéíîé ÷àñòîòû: i ê.à éæç 1 ù 1 ö÷÷ êç ú + cos a 0 + ÷ ç ú -t X q¢¢ ÷ø E m êêçè X d¢¢ ú × e Ta , =ú ö 2 êê æç 1 1 ÷÷ ú ç cos 2 w t a × + + 0 )ú ê çç X ¢¢ X ¢¢ ÷÷ ( qø êë è d úû (19.5) 219 ãäå X q¢¢ — ïîïåðå÷íîå ñâåðõïåðåõîäíîå èíäóêòèâíîå ñîïðîòèâëåíèå îáìîòêè ÿêîðÿ; Tà — ïîñòîÿííàÿ âðåìåíè àïåðèîäè÷åñêîãî òîêà ÿêîðÿ, X d¢¢ + X q¢¢ . Ta = wR a Ïðè íàëè÷èè óñïîêîèòåëüíîé îáìîòêè X q¢¢ îáû÷íî ìàëî îòëè÷àåòñÿ îò X d¢¢ , è òîãäà i ê.à = - t Em cos a 0 e Ta . X d¢¢ Ïîëíûé òîê êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ éæ E æE E ö E ö i ê = i ê.ï + i ê.à » êçç m - m ÷÷÷ × e Td¢¢ + çç m - m ÷÷÷´ çè X d¢ êëçè X d¢¢ X d¢ ÷ø X d ÷ø (19.6) t t ù E E ´ e Td¢ + m úú cos(w × t + a 0 ) - m cos a 0 e Ta . Xd ú X d¢¢ û t Çíà÷åíèå òîêà êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ áóäåò ìàêñèìàëüíûì â òîé ôàçå, ãäå a0 = 0 (ïðèìåðíî ÷åðåç ïîëïåðèîäà ïîñëå íà÷àëà êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ); ýòó âåëè÷èíó íàçûâàþò óäàðíûì òîêîì. Åñëè â ôîðìóëå (19.6) ïðåíåáðå÷ü çàòóõàíèåì òîêà, òî I óä » 2E m . X d¢¢ (19.7) Ïîñêîëüêó ïîñòîÿííûå âðåìåíè T d¢¢ è T d¢ ìàëû, íåêîòîðîå çàòóõàíèå âñå æå ïðîèñõîäèò. Ïî ÃÎÑÒó çíà÷åíèå óäàðíîãî òîêà I óä = 1, 05 × 1, 8 × 2 U íîì , X d¢¢ (19.8) ãäå êîýôôèöèåíòàìè 1,8 è 1,05 ó÷èòûâàþòñÿ ñîîòâåòñòâåííî çàòóõàíèå è âîçìîæíîñòü ðàáîòû ïðè ïîâûøåííîì íàïðÿæåíèè. Âåëè÷èíà óäàðíîãî òîêà íå äîëæíà ïðåâûøàòü àìïëèòóäó íîìèíàëüíîãî òîêà ÿêîðÿ áîëåå ÷åì â 15 ðàç. Òàê êàê çíà÷åíèÿ X d¢¢ è X d¢ ñðàâíèòåëüíî ìàëû, òî äëÿ îãðàíè÷åíèÿ âåëè÷èíû óäàðíîãî òîêà â öåïü ÿêîðÿ èíîãäà ïðèõîäèòñÿ ñòàâèòü ñïåöèàëüíûé ðåàêòîð. 220 Ïðè êîðîòêîì çàìûêàíèè ñèíõðîííîãî ãåíåðàòîðà âîçíèêàåò òàêæå çíàêîïåðåìåííûé ìîìåíò íà âàëó ðîòîðà, êîòîðûé îáðàçóåòñÿ â ðåçóëüòàòå âçàèìîäåéñòâèÿ íåèçìåííîãî ïî íàïðàâëåíèþ ìàãíèòíîãî ïîëÿ, ñîçäàâàåìîãî àïåðèîäè÷åñêîé ñîñòàâëÿþùåé òîêà ÿêîðÿ ñ ÌÄÑ âîçáóæäåíèÿ.  íàèáîëåå íåáëàãîïðèÿòíûõ ñëó÷àÿõ ìãíîâåííûå çíà÷åíèÿ ýòîãî ìîìåíòà äîñòèãàþò 10-êðàòíîé âåëè÷èíû ïî ñðàâíåíèþ ñ íîìèíàëüíûì çíà÷åíèåì, ÷òî íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü ïðè ìåõàíè÷åñêèõ ðàñ÷åòàõ äåòàëåé ìàøèíû è íàäåæíîñòè åå êðåïëåíèÿ ê ôóíäàìåíòó. Ãàøåíèå ìàãíèòíîãî ïîëÿ. Ïðè êîðîòêèõ çàìûêàíèÿõ âî âíåøíåé öåïè ñðàáàòûâàåò ðåëåéíàÿ çàùèòà, êîòîðàÿ îòêëþ÷àåò ñèíõðîííûé ãåíåðàòîð îò ïðèñîåäèíåííîé ê íåìó íàãðóçêè èëè îò ñåòè. Îäíàêî ïðè âíóòðåííèõ êîðîòêèõ çàìûêàíèÿõ â ãåíåðàòîðå îòêëþ÷åíèå åãî îò âíåøíåé öåïè íå ëèêâèäèðóåò ðåæèì êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ, òàê êàê â îáìîòêå ÿêîðÿ èíäóêòèðóåòñÿ ÝÄÑ è ïî íåé ïðîäîëæàåò ïðîòåêàòü áîëüøîé òîê. ×òîáû óñòðàíèòü ðåæèì êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ â ýòîì ñëó÷àå, íåîáõîäèìî ðåçêî óìåíüøèòü ìàãíèòíûé ïîòîê ìàøèíû, äëÿ ÷åãî ñëåäóåò ïðåêðàòèòü ïðîòåêàíèå òîêà ïî åå îáìîòêå âîçáóæäåíèÿ. Îïåðàöèè, íåîáõîäèìûå äëÿ ïðåêðàùåíèÿ ïðîòåêàíèÿ òîêà ïî îáìîòêå âîçáóæäåíèÿ ñèíõðîííîé ìàøèíû ïðè àâàðèéíûõ ðåæèìàõ, íàçûâàþò ãàøåíèåì ìàãíèòíîãî ïîëÿ. Ãàøåíèå ïîëÿ ìàëî ñêàçûâàåòñÿ íà õàðàêòåðå ïåðåõîäíîãî ïðîöåññà íàðàñòàíèÿ òîêà ÿêîðÿ ïðè êîðîòêèõ çàìûêàíèÿõ, òàê êàê ýòîò òîê äîñòèãàåò ìàêñèìàëüíîãî çíà÷åíèÿ Ióä ïðèìåðíî ÷åðåç ïîëïåðèîäà (ïðè ÷àñòîòå 50 Ãö — ÷åðåç 0,01 ñ), à çà ýòî âðåìÿ çàùèòà íå óñïåâàåò ñðàáîòàòü. Îíî ëèøü óìåíüøàåò âðåìÿ, â òå÷åíèå êîòîðîãî ïî îáìîòêå ÿêîðÿ ïðîõîäèò òîê êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ è, ñëåäîâàòåëüíî, ñíèæàåòñÿ âåðîÿòíîñòü ïîâðåæäåíèÿ ìàøèíû ýòèì òîêîì. Ðåçêèå èçìåíåíèÿ íàãðóçêè. Ïðè ðåçêèõ èçìåíåíèÿõ íàãðóçêè ñèíõðîííîé ìàøèíû, ðàáîòàþùåé ïàðàëëåëüíî ñ ñåòüþ, âîçíèêàþò êîëåáàíèÿ ðîòîðà îêîëî óñòàíîâèâøåãîñÿ çíà÷åíèÿ óã ëà q, íàçûâàåìûå êà÷àíèÿìè. Äîïóñòèì, ÷òî ìàøèíà ðàáîòàåò ïðè íåêîòîðîé íàãðóçêå è ðàçâèâàåò ýëåêòðîìàãíèòíûé ìîìåíò M 1 = M âí 1 , ñîîòâåòñòâóþùèé óãëó q 1 (ðèñ. 19.3). Åñëè ðåçêî óâåëè÷èòü âíåøíèé ìîìåíò, ïðèëîæåííûé ê âàëó ðîòîðà, äî âåëè÷èíû Mâí2, ïðè êîòîðîé âîçðàñòàåò îòäàâàåìàÿ ìàøèíîé ýëåê221 òðè÷åñêàÿ (â ãåíåðàòîðå) èëè ìåõàíè÷åñêàÿ (â äâèãàòåëå) ìîùíîñòü, òî óãîë q áóäåò ïîñòåïåííî óâåëè÷èâàòüñÿ äî âåëè÷èíû q2, ñîîòâåòñòâóþùåé íîâîìó çíà÷åíèþ ýëåêòðîìàãíèòíîãî ìîìåíòà M 2 = M âí 2 . Îäíàêî èç-çà èíåðöèè ðîòîðà óãîë q, óâåëè÷èâàÿñü, äîñòèãàåò çíà÷åíèÿ q 3 > q 2 , à çàòåì ïîä äåéñòâèåì ñèíõðîíèçèðóþùåãî ìîìåíòà íà÷èíàåò óìåíüøàòüñÿ äî âåëè÷èíû q 4 < q 2 .  ðåçóëüòàòå âîçíèêàþò êîëåáàíèÿ óãëà q âîêðóã óñòàíîâèâøåãîñÿ çíà÷åíèÿ q 2 , êîòîðûå ñîïðîâîæäàþòñÿ êîëåáàíèÿìè ÷àñòîòû âðàùåíèÿ ðîòîðà (êà÷àíèÿìè). Îïàñíîñòü òàêèõ êà÷àíèé çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî èç-çà èíåðöèè ðîòîðà óãîë q ìîæåò ñóùåñòâåííî ïðåâçîéòè 90°, è ìàøèíà âûïàäåò èç ñèíõðîíèçìà. Ðèñ. 19.3. Óãëîâàÿ õàðàêòåðèñòèêà ñèíõðîííîãî ãåíåðàòîðà ïðè êà÷àíèÿõ ðîòîðà ×àñòîòà ñîáñòâåííûõ êîëåáàíèé ñèíõðîííûõ ìàøèí íåâåëèêà — 0,5–2,0 Ãö, ÷òî îáúÿñíÿåòñÿ áîëüøèì ìîìåíòîì èíåðöèè ðîòîðà. Èçìåíåíèÿ óãëà q ñîïðîâîæäàþòñÿ èçìåíåíèÿìè ìîùíî222 ñòè ìàøèíû è òîêà ÿêîðÿ; íà íàëè÷èå êîëåáàíèé â ìàøèíå óêàçûâàþò êîëåáàíèÿ ñòðåëîê ïðèáîðîâ (àìïåðìåòðà è âîëüòìåòðà), âêëþ÷åííûõ â öåïü ÿêîðÿ. Ñîáñòâåííûå êîëåáàíèÿ â ñèíõðîííûõ ìàøèíàõ íàáëþäàþòñÿ íå òîëüêî ïðè ðåçêèõ èçìåíåíèÿõ íàãðóçêè, íî è â ñòàöèîíàðíûõ ðåæèìàõ, òàê êàê ó ìàøèí, ðàáîòàþùèõ ïàðàëëåëüíî ñ ñåòüþ, âñåãäà èìåþòñÿ íåáîëüøèå âîçìóùåíèÿ. Îñîáåííî ÷àñòî òàêèå êîëåáàíèÿ âîçíèêàþò ïðè õîëîñòîì õîäå, êîãäà íà âàëó íåò âíåøíåãî ìîìåíòà. Óìåíüøåíèÿ àìïëèòóäû êà÷àíèé è óñêîðåíèÿ èõ çàòóõàíèÿ äîñòèãàþò ïðèìåíåíèåì íà ðîòîðå êîðîòêîçàìêíóòîé îáìîòêè, íàçûâàåìîé äåìïôåðíîé, èëè óñïîêîèòåëüíîé. Óñïîêîèòåëüíîå äåéñòâèå äåìïôåðíîé îáìîòêè ïðè êà÷àíèÿõ îáúÿñíÿåòñÿ òåì, ÷òî â åå ñòåðæíÿõ ïðè èçìåíåíèè ÷àñòîòû âðàùåíèÿ ðîòîðà èíäóêòèðóåòñÿ ÝÄÑ, ïî íèì ïðîõîäèò òîê è âîçíèêàþò ïîòåðè ýíåðãèè. Äåéñòâèå ýòîé îáìîòêè ïîäîáíî äåéñòâèþ ìåõàíè÷åñêîãî äåìïôåðà, ïîòåðè íà òðåíèå â êîòîðîì óñïîêàèâàþò êîëåáàíèÿ ìåõàíèçìà (íàïðèìåð, ñåëüñèíà). Êîëåáàíèÿ ðîòîðà ñèíõðîííîé ìàøèíû ìîãóò áûòü âûíóæäåííûìè, åñëè íà íåãî äåéñòâóåò ïåðèîäè÷åñêè èçìåíÿþùèéñÿ âíåøíèé ìîìåíò. Òàêèå êîëåáàíèÿ îáðàçóþòñÿ â ñèíõðîííûõ ãåíåðàòîðàõ, ïðèâîäèìûõ âî âðàùåíèå îò ïîðøíåâûõ ìàøèí, íàïðèìåð îò äâèãàòåëåé âíóòðåííåãî ñãîðàíèÿ, à òàêæå â ñèíõðîííûõ äâèãàòåëÿõ, ñëóæàùèõ äëÿ ïðèâîäà ïîðøíåâûõ êîìïðåññîðîâ. Ïîýòîìó äëÿ óìåíüøåíèÿ íåðàâíîìåðíîñòè âðàùàþùåãî ìîìåíòà äâèãàòåëè âíóòðåííåãî ñãîðàíèÿ, ïðåäíàçíà÷åííûå äëÿ âðàùåíèÿ ñèíõðîííûõ ãåíåðàòîðîâ, è ïîðøíåâûå êîìïðåññîðû ÷àñòî ñíàáæàþò ìàõîâèêàìè. Ñàìè æå ãåíåðàòîðû è ýëåêòðîäâèãàòåëè äîëæíû â ýòîì ñëó÷àå èìåòü äîñòàòî÷íî ìîùíóþ äåìïôåðíóþ îáìîòêó. ÂÎÏÐÎÑÛ 19.1.1. Êàêîâà ïðè÷èíà ñîáñòâåííûõ êîëåáàíèé â ñèíõðîííîì ãåíåðàòîðå? 19.1.2. Ïî÷åìó êîëåáàíèÿ ðîòîðà èìåþò çàòóõàþùèé õàðàêòåð? 19.1.3. Êàêîâî íàçíà÷åíèå è êîíñòðóêöèÿ óñïîêîèòåëüíîé îáìîòêè? 223 19.1.4. ×òî òàêîå ñèíõðîíèçèðóþùàÿ ñïîñîáíîñòü ñèíõðîííîé ìàøèíû è êàêèìè ïàðàìåòðàìè îíà îöåíèâàåòñÿ? 19.1.5. Ïî÷åìó ïðè âíåçàïíîì êîðîòêîì çàìûêàíèè óìåíüøàåòñÿ èíäóêòèâíîå ñîïðîòèâëåíèå îáìîòêè ñòàòîðà ïî ïðîäîëüíîé îñè? 19.1.6. ×åì îáúÿñíÿåòñÿ çàòóõàþùèé õàðàêòåð òîêà êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ ïðè âíåçàïíîì êîðîòêîì çàìûêàíèè.? 19.1.7. ×åì îïàñíî âíåçàïíîå êîðîòêîå çàìûêàíèå äëÿ ñèíõðîííîãî ãåíåðàòîðà? ÐÀÇÄÅË IV ÌÀØÈÍÛ ÏÎÑÒÎßÍÍÎÃÎ ÒÎÊÀ Ëåêöèÿ 20 ÏÐÈÍÖÈÏ ÄÅÉÑÒÂÈß ÃÅÍÅÐÀÒÎÐÀ ÏÎÑÒÎßÍÍÎÃÎ ÒÎÊÀ 20.1. Îáùèå çàìå÷àíèÿ Ìàøèíû ïîñòîÿííîãî òîêà õðîíîëîãè÷åñêè ÿâëÿþòñÿ ïåðâûì òèïîì ýëåêòðè÷åñêèõ ìàøèí, íàøåäøèõ øèðîêîå ïðèìåíåíèå â ïðîìûøëåííîñòè. Ñ ïîÿâëåíèåì òðåõôàçíîãî òîêà è òðåõôàçíûõ ìàøèí ïåðåìåííîãî òîêà (êîíåö XIX âåêà) ìàøèíû ïîñòîÿííîãî òîêà èñïîëüçóþòñÿ â îãðàíè÷åííîì ÷èñëå ñëó÷àåâ (äâèãàòåëè äëÿ ïðèâîäà ðàáî÷èõ ìàøèí, òðåáóþùèõ äëèòåëüíîãî, ãëóáîêîãî è ïëàâíîãî ðåãóëèðîâàíèÿ ñêîðîñòè, ãåíåðàòîðû äëÿ ïèòàíèÿ ýòèõ ïðèâîäîâ, ýëåêòðîëèçíûõ óñòàíîâîê è ò. ä.). 20.2. Óñòðîéñòâî ìàøèíû ïîñòîÿííîãî òîêà Ìàøèíà ïîñòîÿííîãî òîêà (ðèñ. 20.1) ïîäîáíà îáðàùåííîé ñèíõðîííîé ìàøèíå, ó êîòîðîé îáìîòêà ÿêîðÿ ðàñïîëîæåíà íà ðîòîðå, à îáìîòêà âîçáóæäåíèÿ — íà ñòàòîðå. Îñíîâíîå îòëè÷èå çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî ìàøèíà ïîñòîÿííîãî òîêà èìååò íà ÿêîðå êîëëåêòîð, à íà ñòàòîðå ïîìèìî ãëàâíûõ ïîëþñîâ ñ îáìîòêîé âîçáóæäåíèÿ — äîáàâî÷íûå ïîëþñû, êîòîðûå ñëóæàò äëÿ óìåíüøåíèÿ èñêðåíèÿ ïîä ùåòêàìè. Íà ñòàòîðå ðàñïîëîæåíû ãëàâíûå ïîëþñû ñ êàòóøêàìè îáìîòêè âîçáóæäåíèÿ è äîáàâî÷íûå ïîëþñû (íà ðèñ. 20.1 íå ïîêàçàíû) ñ ñîîòâåòñòâóþùèìè êàòóøêàìè. Ãëàâíûå ïîëþñû (ðèñ. 20.2) âûïîëíÿþò øèõòîâàííûìè (èç ñòàëüíûõ øòàìïîâàííûõ ëèñòîâ), à äîáàâî÷íûå — ìàññèâíûìè èëè òàêæå øèõòîâàííûìè. Îáÿçàòåëüíî øèõòîâàííûìè äîëæíû áûòü òîëüêî íàêîíå÷íèêè ãëàâíûõ ïîëþñîâ, òàê êàê 227 ïðè âðàùåíèè çóá÷àòîãî ÿêîðÿ èç-çà ïóëüñàöèè ìàãíèòíîãî ïîòîêà â âîçäóøíîì çàçîðå â íèõ âîçíèêàþò âèõðåâûå òîêè è ïîòåðè ìîùíîñòè. Îäíàêî èç òåõíîëîãè÷åñêèõ ñîîáðàæåíèé ÷àùå âñåãî âûïîëíÿþò øèõòîâàííûì âåñü ïîëþñ. Ðèñ. 20.1. Óñòðîéñòâî ìàøèíû ïîñòîÿííîãî òîêà: 1 — êîëëåêòîð; 2 — ùåòêè; 3 — ñåðäå÷íèê ÿêîðÿ; 4 — ãëàâíûé ïîëþñ; 5 — êàòóøêè îáìîòêè âîçáóæäåíèÿ; 6 — êîðïóñ (ñòàíèíà); 7 — ïîäøèïíèêîâûé ùèò; 8 — âåíòèëÿòîð; 9 — îáìîòêà ÿêîðÿ Ðèñ. 20.2. Óñòðîéñòâî ãëàâíûõ ïîëþñîâ: 1 — ïîëþñíûé íàêîíå÷íèê; 2 — ñåðäå÷íèê ïîëþñà; 3 — óñòàíîâî÷íûé áîëò; 4 — çàêëåïêè; 5 — óñòàíîâî÷íûé ñòåðæåíü; 6 — íàæèìíûå ùåòêè Êàòóøêè ãëàâíûõ è äîáàâî÷íûõ ïîëþñîâ èçãîòîâëÿþò èç èçîëèðîâàííîãî ìåäíîãî ïðîâîäà êðóãëîãî èëè ïðÿìîóãîëüíîãî ñå÷åíèÿ (ðèñ. 20.3). Êàòóøêè ìàøèí ìàëîé ìîùíîñòè âûïîëíÿþò èç òîíêîé ïðîâîëîêè; ïîñëåäîâàòåëüíûå êàòóøêè îáìîòîê âîçáóæäåíèÿ è äîáàâî÷íûõ ïîëþñîâ — èç ïîëîñîâîé ìåäè. Ñåðäå÷íèê ÿêîðÿ, òàêæå êàê â ñèíõðîííîé ìàøèíå, ñîáèðàþò èç èçîëèðîâàííûõ ëèñòîâ ýëåêòðîòåõíè÷åñêîé ñòàëè (ðèñ. 20.4). Îáìîòêó ÿêîðÿ èçãîòàâëèâàþò èç ïðîâîäà êðóãëîãî èëè ïðÿìîóãîëüíîãî ñå÷åíèÿ; îáû÷íî îíà ñîñòîèò èç îòäåëüíûõ ÿêîðíûõ êàòóøåê (pèñ. 20.5), êîòîðûå îáìàòûâàþò èçîëÿöèîííûìè ëåíòàìè è óêëàäûâàþò â ïàçû ñåðäå÷íèêà ÿêîðÿ. Îáìîòêó âûïîëíÿþò äâóõñëîéíîé; â êàæäîì ïàçó óêëàäûâàþò äâå ñòîðîíû ðàçëè÷íûõ ÿêîðíûõ êàòóøåê, îäíó ïîâåðõ äðóãîé. Êàæäàÿ ÿêîðíàÿ êàòóøêà âêëþ÷àåò â ñåáÿ íåñêîëüêî ñåêöèé, 228 êîíöû êîòîðûõ ïðèïàèâàþò ê ñîîòâåòñòâóþùèì êîëëåêòîðíûì ïëàñòèíàì; ñåêöèè ìîãóò áûòü îäíî- è ìíîãîâèòêîâûìè. Êîëëåêòîð ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé öèëèíäð (ðèñ. 20.6), ñîáðàííûé èç êëèíîîáðàçíûõ ïëàñòèí òâåðäîòÿíóòîé ìåäè; ìåæäó ïëàñòèíàìè ðàñïîëàãàþò èçîëÿöèîííûå ïðîêëàäêè èç ìèêàíèòà.  ìàøèíàõ ìàëîé è ñðåäíåé ìîùíîñòè øèðîêî ïðèìåíÿþò êîëëåêòîðû, â êîòîðûõ Ðèñ. 20.3 Óñòðîéñòâî êàòóøåê: à — ìåäíûå ïëàñòèíû è ìèêàíèòî- ãëàâíûõ; á —äîáàâî÷íûõ ïîëþñîâ: — ãëàâíûé ïîëþñ; 2 — êàòóøêà îáâûå ïðîêëàäêè çàïðåññîâàíû 1ìîòêè âîçáóæäåíèÿ; 3 — îïîðíûé â ïëàñòìàññó (ñì. ðèñ. 20.6, á). óãîëüíèê; 4 — äîáàâî÷íûé ïîëþñ; 5 — îáìîòêà äîáàâî÷íûõ ïîëþñîâ Ïî öèëèíäðè÷åñêîé ÷àñòè êîëëåêòîðà ñêîëüçÿò ùåòêè, óñòàíîâëåííûå â ùåòêîäåðæàòåëÿõ. Îíè ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ ñîåäèíåíèÿ êîëëåêòîðà ñ âíåøíåé öåïüþ è ïðèæèìàþòñÿ ê ïîâåðõíîñòè êîëëåêòîðà ïðóæèíàìè (ðèñ. 20.7, à). Ðèñ. 20.4. Ñåðäå÷íèê ÿêîðÿ: à — óñòðîéñòâî; á — ñáîðêà: 1 è 3 — íàæèìíûå øàéáû (îáìîòêîäåðæàòåëè); 2 — âûòî÷êè äëÿ íàëîæåíèÿ áàíäàæà; 4 — ìåñòî äëÿ çàïðåññîâêè êîëëåêòîðà, 5 — èçîëÿöèîííàÿ ïëåíêà; 6 — ñòàëüíîé ëèñò 229 Ðèñ. 20.5. ßêîðíûå êàòóøêè: à — óñòðîéñòâî; á — ðàñïîëîæåíèå â ïàçàõ: 1 — ÿêîðíûå êàòóøêè; 2 — ñåðäå÷íèê ÿêîðÿ; 3 — êîëëåêòîð; 4 è 5 — âåðõíÿÿ è íèæíÿÿ ñòîðîíû ÿêîðíîé êàòóøêè  çàâèñèìîñòè îò ñîñòàâà, ñïîñîáà èçãîòîâëåíèÿ è ôèçè÷åñêèõ ñâîéñòâ âñå ùåòêè (ðèñ. 20.8) äåëÿò íà øåñòü îñíîâíûõ ãðóïï: óãîëüíî-ãðàôèòîâûå, ãðàôèòîâûå, ýëåêòðîãðàôèòèðîâàííûå, ìåäíî-ãðàôèòîâûå, áðîíçîãðàôèòîâûå è ñåðåáðÿíî-ãðàôèòîâûå. Ðèñ. 20.6. Óñòðîéñòâî êîëëåêòîðà ìàøèíû ïîñòîÿííîãî òîêà ñ ìåòàëëè÷åñêèì è ïëàñòìàññîâûì êîðïóñîì: 1 — êîðïóñ; 2 — íàæèìíîé ôëàíåö; 3 — èçîëÿöèîííûå ìàíæåòû; 4 — êîëëåêòîðíûå ïëàñòèíû; 5 — èçîëÿöèîííûå ïðîêëàäêè; 6 — ïëàñòìàññà; 7 — âòóëêà 230 Ðèñ. 20.7. Óñòðîéñòâî ùåòêîäåðæàòàëåé ìàøèí: à — ñðåäíåé ìîùíîñòè; á —ìàëîé ìîùíîñòè: 1 — ùåòêà; 2 — îáîéìà; 3 — ïðóæèíà; 4 — çàæèìû äëÿ êðåïëåíèÿ ê ùåòî÷íîìó ïàëüöó; 5 — ùåòî÷íûé êàíàòèê; 6 — íàæèìíîé ïàëåö; 7 — êîëïàê, 8 — èçîëÿöèîííàÿ âòóëêà; 9 — ïîäøèïíèêîâûé ùèò; 10 — çàæèì äëÿ âûâîäíîãî ïðîâîäíèêà ÂÎÏÐÎÑÛ 20.2.1. Ïî÷åìó ñåðäå÷íèê ÿêîðÿ âûïîëíÿåòñÿ èç òîíêèõ, èçîëèðîâàííûõ äðóã îò äðóãà ëèñòîâ ýëåêòðîòåõíè÷åñêîé ñòàëè, à ñòàíèíà ìàøèíû — ñïëîøíîé? 20.2.2. Êàêîâî íàçíà÷åíèå âåíòèëÿòîðà â ìàøèíå ïîñòî- Ðèñ. 20.8. Óñòðîéñòâî ùåòîê ìàøèí: à — ìàëîé ìîùíîñòè; á — áîëüøîé ÿííîãî òîêà? 20.2.3. Êàêîâî íàçíà÷åíèå ìîùíîñòè: 1 — ùåòêà; 2 — ùåòî÷íûé êîëëåêòîðà â ãåíåðàòîðå è äâè- êàíàòèê; 3 — êàáåëüíûé íàêîíå÷íèê ãàòåëå? 20.2.4. Ïî÷åìó ñòàíèíó ìàøèíû äåëàþò èç ñòàëè? 20.3. Ïðèíöèï äåéñòâèÿ ãåíåðàòîðà ïîñòîÿííîãî òîêà Ðàññìîòðèì ðàáîòó ïðîñòåéøåãî ãåíåðàòîðà ïîñòîÿííîãî òîêà (ðèñ. 20.9) ñ îäíèì âèòêîì íà ÿêîðå è ñ êîëëåêòîðîì èç îäíîé ïàðû êîëëåêòîðíûõ ïëàñòèí. Ïðè âðàùåíèè ÿêîðÿ ãåíåðàòîðà 231 ñ ïîìîùüþ ïåðâè÷íîãî äâèãàòåëÿ â ïðîâîäíèêàõ âèòêà 1 áóäåò èíäóêòèðîâàòüñÿ ýëåêòðîäâèæóùàÿ ñèëà, íàïðàâëåíèå êîòîðîé îïðåäåëèòñÿ ïðàâèëîì ïðàâîé ðóêè. Èçìåíåíèå ýòîé ÝÄÑ âî âðåìåíè (çà îäèí îáîðîò ÿêîðÿ) ïîêàçàíî íà ðèñ. 20.10, à (ïðåäïîëàãàåì ðàñïðåäåëåíèå ìàãíèòíîé èíäóêöèè ïîä ïîëþñîì ñèíóñîèäàëüíûì). Ïîñêîëüêó Ðèñ. 20.9. Âûïðÿìëåíèå íàïðÿæåíèÿ âèòîê âñå âðåìÿ ïðîõîäèò ïîä íà êîëëåêòîðå ðàçíîèìåííûìè ïîëþñàìè, ÝÄÑ áóäåò ïåðåìåííîé ïî âåëè÷èíå è íàïðàâëåíèþ. Îäíàêî åñëè êîíöû âèòêà ïðèñîåäèíèòü ê êîëëåêòîðíûì ïëàñòèíàì, ïî êîòîðûì ñêîëüçÿò ùåòêè, òî íàïðÿæåíèå íà ùåòêàõ áóäåò óæå ïîñòîÿííûì ïî íàïðàâëåíèþ, íî ïóëüñèðóþùèì (ðèñ. 20.10, á). Ýòî îáúÿñíÿåòñÿ òåì, ÷òî ïðè ëþáîì ïîëîæåíèè ÿêîðÿ è êîëëåêòîðà ëåâàÿ ùåòêà A âñåãäà áóäåò ñîåäèíåíà ñ ïðîâîäíèêîì, íàõîäÿùèìñÿ ïîä þæíûì ïîëþñîì, à ïðàâàÿ ùåòêà B — ñ ïðîâîäíèêîì, íàõîäÿùèìñÿ ïîä ñåâåðíûì ïîëþñîì. Óñòðàíåíèå ïóëüñàöèè âûïðÿìëåííîãî íàïðÿæåíèÿ äîñòèãàåòñÿ Ðèñ. 20.10. Êðèâûå âûïðÿìëåííîãî íàïðÿæåíèÿ 232 àâòîìàòè÷åñêè ïî ìåðå óâåëè÷åíèÿ ÷èñëà ïîñëåäîâàòåëüíî ñîåäèíåííûõ âèòêîâ â îáìîòêå ÿêîðÿ. Äåéñòâèòåëüíî, åñëè ðàñïîëîæèòü íà ÿêîðå ñèììåòðè÷íî 2-é âèòîê (ñì. ðèñ. 20.9), òî íàïðÿæåíèå u2 â ýòîì âèòêå áóäåò ñäâèíóòî îòíîñèòåëüíî íàïðÿæåíèÿ u1 1-ãî âèòêà íà ÷åòâåðòü ïåðèîäà (ðèñ. 20.10, á). Ïðè ïîñëåäîâàòåëüíîì ñîåäèíåíèè îáîèõ âèòêîâ êðèâàÿ ñóììàðíîãî íàïðÿæåíèÿ (u 2 + u 1 ) áóäåò òàêæå ïóëüñèðóþùåé, íî âåëè÷èíà ïóëüñàöèé áóäåò óæå çíà÷èòåëüíî ìåíüøå. Ïðè äîñòàòî÷íî áîëüøîì ÷èñëå ïîñëåäîâàòåëüíî ñîåäèíåííûõ âèòêîâ ïóëüñàöèè ïðàêòè÷åñêè èñ÷åçàþò. Ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå ïóëüñàöèé DE = 0,5(E max - E min ) òàêæå çàâèñèò è îò ÷èñëà êîëëåêòîðíûõ ïëàñòèí K. K DE% 2 4 8 10 20 40 100 17,2 4,0 2,5 0,62 0,16 Çíà÷åíèÿ DE ïðèâåäåíû â ïðîöåíòàõ îò òåîðåòè÷åñêîãî ñðåäíåãî çíà÷åíèÿ ÝÄÑ Eà (20.3), ò. å. DE % = 0,5(E max - E min ) Ea × 100. Êðîìå òîãî, êðèâàÿ ðàñïðåäåëåíèÿ ìàãíèòíîé èíäóêöèè ïîä ïîëþñîì â ìàøèíàõ ïîñòîÿííîãî òîêà íå ñèíóñîèäàëüíà, à áëèçêà ê ïðÿìîóãîëüíèêó. Ýòî òàêæå ñïîñîáñòâóåò ñãëàæèâàíèþ ïóëüñàöèé íàïðÿæåíèÿ. ÂÎÏÐÎÑÛ 20.3.1. Êàêîé òîê ïðîòåêàåò ïî ïðîâîäíèêàì îáìîòêè ÿêîðÿ ïðè ðàáîòå ãåíåðàòîðà ïîä íàãðóçêîé? à) ïóëüñèðóþùèé; á) ïîñòîÿííûé; â) ïåðåìåííûé. 20.3.2. Çàâèñèò ëè àìïëèòóäà êðèâûõ íà ðèñ. 20.10, à è 20.10, á îò ñêîðîñòè âðàùåíèÿ ÿêîðÿ? à) çàâèñèò; á) íå çàâèñèò. 233 20.4. ßêîðíûå îáìîòêè ìàøèí ïîñòîÿííîãî òîêà Îáìîòêè ÿêîðåé ìàøèí ïîñòîÿííîãî òîêà ñîñòîÿò èç ðÿäà ñåêöèé (êàòóøåê), ñîåäèíåííûõ â îïðåäåëåííîì ïîðÿäêå äðóã ñ äðóãîì è ñ êîëëåêòîðíûìè ïëàñòèíàìè. Ñåêöèè ñîñòîÿò (êàæäàÿ) èç îäíîãî èëè íåñêîëüêèõ âèòêîâ è çàêëàäûâàþòñÿ â ïàçû ñåðäå÷íèêà ÿêîðÿ â äâà ñëîÿ (îäíà ñòîðîíà ñåêöèè â íèæíåì ñëîå, äðóãàÿ — â âåðõíåì). Êîíöû ñåêöèè ïðèñîåäèíÿþòñÿ ê êîëëåêòîðíûì ïëàñòèíàì. ßêîðíûå îáìîòêè äåëÿòñÿ íà äâå îñíîâíûå ãðóïïû: ïåòëåâûå è âîëíîâûå îáìîòêè. Ñåêöèÿ ïåòëåâîé îáìîòêè (ðèñ. 20.11, à) ïî ôîðìå íàïîìèíàåò ïåòëþ, êîíöû ñåêöèè ïðèñîåäèíÿþòñÿ ê ñîñåäíèì êîëëåêòîðíûì ïëàñòèíàì. Ó ñåêöèè âîëíîâîé îáìîòêè (ðèñ. 20.11, á) êîíöû ðàçâåäåíû âðîçü è ïðèñîåäèíåíû ê êîëëåêòîðíûì ïëàñòèíàì, çíà÷èòåëüíî óäàëåííûì äðóã îò äðóãà. Ýòî ïðèäàåò ñåêöèè ñõîäñòâî ñ âîëíîé. Ðèñ. 20.11. Ñåêöèè: à — ïåòëåâîé; á — âîëíîâîé îáìîòêè Ðàçâåðíóòûå ñõåìû ÿêîðíûõ îáìîòîê â öåëîì äàíû íà ðèñ. 20.12. Êàê âèäíî èç ñõåì, ÿêîðíûå îáìîòêè çàìêíóòû ñàìè íà ñåáÿ è ñîñòîÿò èç íåñêîëüêèõ ïàðàëëåëüíûõ âåòâåé. Êîíöû è íà÷àëà ïàðàëëåëüíûõ âåòâåé îáìîòêè ñõîäÿòñÿ íà ùåòêàõ (ïëþñîâîé è ìèíóñîâîé) è òàêèì îáðàçîì ïðè âðàùåíèè ÿêîðÿ ñåêöèè íåïðåðûâíî ïåðåõîäÿò èç îäíîé ïàðàëëåëüíîé âåòâè â äðóãóþ. ×èñëî ïàðàëëåëüíûõ âåòâåé îïðåäåëÿåòñÿ òèïîì îáìîòêè. Ó ïåòëåâûõ îáìîòîê ÷èñëî ïàðàëëåëüíûõ âåòâåé 2a ðàâíî ÷èñëó ïîëþñîâ ìàøèíû 2p: 234 2a = 2 p. Ó âîëíîâîé îáìîòêè, âíå çàâèñèìîñòè îò ÷èñëà ïîëþñîâ, 2a = 2. Ïîðÿäîê óêëàäêè ñåêöèé â ïàçû ÿêîðÿ è ïðèñîåäèíåíèÿ èõ ê êîëëåêòîðó îïðåäåëÿåòñÿ, êàê è â îáìîòêàõ ïåðåìåííîãî òîêà, øàãàìè îáìîòêè.  îáìîòêàõ ïîñòîÿííîãî òîêà òàêèõ øàãîâ ÷åòûðå (ñì. ðèñ. 20.11): 1. Ïåðâûé ÷àñòè÷íûé øàã y1 — ðàññòîÿíèå ìåæäó íà÷àëüíîé è êîíå÷íîé ñòîðîíàìè îäíîé ñåêöèè. Ýòîò øàã, êàê è äðóãèå øàãè (êðîìå øàãà ïî êîëëåêòîðó), èçìåðÿåòñÿ ÷èñëîì ïàçîâûõ äåëåíèé èëè, èíûìè ñëîâàìè, ÷èñëîì ïðîïóùåííûõ çóáöîâ.  öåëÿõ ìàêñèìàëüíîãî èñïîëüçîâàíèÿ ìàãíèòíîãî ïîòîêà ïîëþñà ïåðâûé ÷àñòè÷íûé øàã ïðèíèìàåòñÿ ïðèáëèçèòåëüíî ðàâíûì ïîëþñíîìó äåëåíèþ: y1 = t. 2. Âòîðîé ÷àñòè÷íûé øàã y2 — ðàññòîÿíèå ìåæäó êîíå÷íîé ñòîðîíîé ïðåäûäóùåé ñåêöèè è íà÷àëüíîé ñòîðîíîé ïîñëåäóþùåé (â ïîðÿäêå îáõîäà îáìîòêè) ñåêöèè. 3. Ðåçóëüòèðóþùèé øàã y — ðàññòîÿíèå ìåæäó íà÷àëüíûìè ñòîðîíàìè ñåêöèé, ñëåäóþùèõ äðóã çà äðóãîì ïî ñõåìå îáìîòêè. Ðåçóëüòèðóþùèé øàã y = y1 + y 2 . (Ïðè ýòîì äëÿ ïåòëåâîé îáìîòêè y2 ïðèíèìàåòñÿ îòðèöàòåëüíûì, äëÿ âîëíîâîé — ïîëîæèòåëüíûì). 4. Øàã ïî êîëëåêòîðó yê — ðàññòîÿíèå ìåæäó êîëëåêòîðíûìè ïëàñòèíàìè, ê êîòîðûì ïðèñîåäèíÿþòñÿ êîíöû ñåêöèè, èçìåðåííîå ÷èñëîì êîëëåêòîðíûõ äåëåíèé èëè ÷èñëîì ïðîïóùåííûõ èçîëÿöèîííûõ ïðîìåæóòêîâ ìåæäó ïëàñòèíàìè. Ïîä êîëëåêòîðíûì äåëåíèåì ïîíèìàåòñÿ ðàññòîÿíèå ìåæäó îñÿìè ñîñåäíèõ êîëëåêòîðíûõ ïëàñòèí. Ïîñêîëüêó òîê íà îäíó ïàðàëëåëüíóþ âåòâü ÿêîðíîé îáìîòêè îãðàíè÷åí âåëè÷èíîé ïîðÿäêà 300 A ïî óñëîâèÿì äîïóñòèìûõ ðàçìåðîâ ñå÷åíèÿ ïðîâîäà, ñå÷åíèÿ ïàçà è ò. ä., òî î÷åâèäíî, ÷òî âîëíîâûå îáìîòêè áóäóò ïðèãîäíûìè äëÿ ìàøèí íåáîëüøîé ìîùíîñòè (äî 100 êÂò). 235 Ðèñ. 20.12. Ðàçâåðíóòûå ñõåìû: à — ïåòëåâîé; á — âîëíîâîé îáìîòêè Äëÿ ìàøèí áîëüøèõ ìîùíîñòåé òðåáóåòñÿ óæå áîëüøåå ÷èñëî ïàðàëëåëüíûõ âåòâåé â ÿêîðå, è, ñëåäîâàòåëüíî, â ýòîì ñëó÷àå èñïîëüçóþòñÿ ïåòëåâûå îáìîòêè. 236 ÂÎÏÐÎÑÛ 20.4.1. ×åìó ðàâíû øàãè ïåòëåâîé îáìîòêè, ïîêàçàííîé íà ðèñ. 20.12, à? 20.4.2. ×åìó ðàâíû øàãè âîëíîâîé îáìîòêè (ñì. ðèñ. 20.12, á)? 20.4.3. ×åìó ðàâåí òîê, ïðîõîäÿùèé ÷åðåç îäíó ùåòêó ïåòëåâîé îáìîòêè (ðèñ. 20.12, a), åñëè òîê ïàðàëëåëüíîé âåòâè ñîñòàâëÿåò 50 A? à) 50 A; á) 100 A; â) 25 A. 20.5. Ýëåêòðîäâèæóùàÿ ñèëà ÿêîðíîé îáìîòêè ìàøèíû ïîñòîÿííîãî òîêà Ïðåäïîëîæèì, ÷òî â êàêîé-òî ìîìåíò âðåìåíè îäèí èç âèòêîâ ÿêîðíîé îáìîòêè çàíèìàåò îòíîñèòåëüíî ïîëþñîâ ïîëîæåíèå, ïîêàçàííîå íà ðèñ. 20.13. Òîãäà ìãíîâåííîå çíà÷åíèå ÝÄÑ â îäíîé ñòîðîíå âèòêà (â îäíîì ïðîâîäíèêå) e = Blv, E ïð = B ñð lv. (20.1) Ïîñêîëüêó ìàãíèòíàÿ èíäóêöèÿ ïîä ïîëþñîì íåîäèíàêîâà, òî ñðåäíåå çíà÷åíèå ÝÄÑ ïðîâîäíèêà îïðåäåëÿåòñÿ ñðåäíèì çíà÷åíèåì ìàãíèòíîé èíäóêöèè íà ïðîòÿæåíèè ïîëþñíîãî äåëåíèÿ. Ëèíåéíàÿ ñêîðîñòü äâèæåíèÿ ïðîâîäíèêà îòíîñèòåëüíî ìàãíèòíîãî ïîëÿ (ì/ñ) v= Ðèñ. 20.13. Îïðåäåëåíèå ÝÄÑ ÿêîðÿ pD à n 2 pt × n , = 60 60 237 ãäå Dà — äèàìåòð ÿêîðÿ, ì; n — ÷èñëî îáîðîòîâ ÿêîðÿ â ìèíóòó. Ïîäñòàâëÿÿ ýòî çíà÷åíèå ñêîðîñòè â (20.1), ïîëó÷èì E ïð = 2p B ñð lt × n. 60 Ïðîèçâåäåíèå B ñð lt ÿâëÿåòñÿ ìàãíèòíûì ïîòîêîì îäíîãî ïîëþñà Ô, è ÝÄÑ ïðîâîäíèêà 2p E ïð = Fn. 60 Ïðèíèìàÿ îáùåå ÷èñëî ïðîâîäíèêîâ ÿêîðíîé îáìîòêè ðàâíûì N, à ÷èñëî ïàðàëëåëüíûõ âåòâåé — 2a, ïîëó÷èì ÷èñëî ïîñëåäîâàòåëüíî ñîåäèíåííûõ ïðîâîäíèêîâ â îäíîé âåòâè, ðàâíîå N . Òîãäà ÝÄÑ ÿêîðÿ 2a pN N E à = E ïð = Fn. 2a 60a Ïîñòîÿííóþ äëÿ äàííîé ìàøèíû pN âåëè÷èíó íàçîâåì êî60a ýôôèöèåíòîì Cå ÝÄÑ: Ce = pN 60a (20.2) è ïîëó÷èì âûðàæåíèå: E à = C å Fn. (20.3) ÂÎÏÐÎÑÛ 20.5.1. Ñêîëüêî ïîëþñîâ ó ìàøèíû ñ âîëíîâîé îáìîòêîé, åñëè E a = 204 B, F = 0, 0146 Âá, n = 1000 îá/ìèí è N = 420? à) 2 ïîëþñà; á) 4 ïîëþñà. 20.5.2. Îäèíàêîâûå ëè ÝÄÑ äàåò ÿêîðü ÷åòûðåõïîëþñíîãî ãåíåðàòîðà ïðè âîëíîâîé è ïåòëåâîé îáìîòêàõ? Îáùåå ÷èñëî ïðîâîäíèêîâ ÿêîðÿ, ìàãíèòíûé ïîòîê è ñêîðîñòü ÿêîðÿ îäèíàêîâû â îáîèõ ñëó÷àÿõ. à) îäèíàêîâûå; á) ÝÄÑ âîëíîâîé îáìîòêè â äâà ðàçà ìåíüøå; â) ÝÄÑ âîëíîâîé îáìîòêè â äâà ðàçà áîëüøå. Ëåêöèÿ 21 ÌÀÃÍÈÒÍÎÅ ÏÎËÅ ÌÀØÈÍ ÏÎÑÒÎßÍÍÎÃÎ ÒÎÊÀ 21.1. Ðåæèì õîëîñòîãî õîäà Ìàãíèòíûé ïîòîê ïðè õîëîñòîì õîäå â ìàøèíå ñîçäàåòñÿ òîëüêî ÌÄÑ Fâ îáìîòêè âîçáóæäåíèÿ.  ýòîì ñëó÷àå ìàãíèòíûé ïîòîê Ôâ ïðè ñèììåòðè÷íîì âîçäóøíîì çàçîðå ìåæäó ÿêîðåì è ñåðäå÷íèêîì ãëàâíîãî ïîëþñà ðàñïðåäåëÿåòñÿ ñèììåòðè÷íî îòíîñèòåëüíî ïðîäîëüíîé îñè ìàøèíû (ðèñ. 21.1, à). Ðèñ. 21.1. Êàðòèíû ìàãíèòíîãî ïîëÿ ìàøèíû ïîñòîÿííîãî òîêà, ñîçäàâàåìûå: à — îáìîòêîé âîçáóæäåíèÿ; á — îáìîòêîé ÿêîðÿ; â — ðåçóëüòèðóþùåãî ïîëÿ Çàâèñèìîñòü ìàãíèòíîãî ïîòîêà âîçáóæäåíèÿ Ôâ îò ÌÄÑ Fâ (ìàãíèòíàÿ õàðàêòåðèñòèêà — ñì. ðèñ. 21.2, à) äëÿ ìàøèí ïîñòîÿííîãî òîêà ïîäîáíà ìàãíèòíîé õàðàêòåðèñòèêå äëÿ ñèíõðîííûõ 239 ìàøèí. Îäíàêî ïðè ïðîåêòèðîâàíèè ìàøèí ïîñòîÿííîãî òîêà äîïóñêàþò áîëüøèå èíäóêöèè íà ó÷àñòêàõ ìàãíèòíîé öåïè (â çóáöàõ, ÿêîðå, ñòàíèíå è ïîëþñàõ), ÷åì â ñèíõðîííûõ ìàøèíàõ, âñëåäñòâèå ÷åãî äëÿ íèõ êîýôôèöèåíò íàñûùåíèÿ F ab k íàñ = = = 1,2–2. Ðàñ÷åò ìàãíèòíîé öåïè ìàøèíû ïîñòîÿíFd ac íîãî òîêà ïðîèçâîäÿò òàê æå, êàê è äëÿ ìàøèí ïåðåìåííîãî òîêà. 21.2. Ðåàêöèÿ ÿêîðÿ ìàøèíû ïîñòîÿííîãî òîêà Ïðè ðàáîòå ìàøèíû ïîä íàãðóçêîé ïî îáìîòêå ÿêîðÿ ïðîõîäèò òîê, âñëåäñòâèå ÷åãî âîçíèêàåò ÌÄÑ ÿêîðÿ. Âîçäåéñòâèå ÌÄÑ ÿêîðÿ íà ìàãíèòíîå ïîëå ìàøèíû íàçûâàþò ðåàêöèåé ÿêîðÿ. Äëÿ óïðîùåíèÿ àíàëèçà ÿâëåíèÿ ðåàêöèè ÿêîðÿ áóäåì ïðåíåáðåãàòü íàñûùåíèåì ìàãíèòíîé öåïè ìàøèíû è ñ÷èòàòü, ÷òî ÌÄÑ Fâ îáìîòêè âîçáóæäåíèÿ è ÌÄÑ Faq îáìîòêè ÿêîðÿ ðàñõîäóþòñÿ íà ïðåîäîëåíèå ìàãíèòíûìè ïîòîêàìè âîçäóøíîãî çàçîðà.  ýòîì ñëó÷àå âìåñòî óêàçàííûõ ÌÄÑ ìîæíî ðàññìàòðèâàòü ñîîòâåòñòâóþùèå ïîòîêè: âîçáóæäåíèÿ Ôâ è ðåàêöèè ÿêîðÿ Ôaq. Ìàãíèòíûé ïîòîê Ôaq, ñîçäàííûé ÌÄÑ ÿêîðÿ Faq, â äâóõïîëþñíîé ìàøèíå ïðè óñòàíîâêå ùåòîê íà ãåîìåòðè÷åñêîé íåéòðàëè íàïðàâëåí ïî ïîïåðå÷íîé îñè ìàøèíû (ðèñ. 21.2, á), ïîýòîìó ìàãíèòíîå ïîëå ÿêîðÿ íàçûâàþò ïîïåðå÷íûì.  ðåçóëüòàòå äåéñòâèÿ ðåàêöèè ÿêîðÿ ñèììåòðè÷íîå ðàñïðåäåëåíèå ìàãíèòíîãî ïîëÿ ìàøèíû îòíîñèòåëüíî îñè ãëàâíûõ ïîëþñîâ èñêàæàåòñÿ, è ðåçóëüòèðóþùåå ïîëå îêàçûâàåòñÿ ïîýòîìó ñìåùåííûì ê îäíîìó èç êðàåâ ãëàâíûõ ïîëþñîâ (ðèñ. 21.1, â). Ïðè ýòîì ôèçè÷åñêàÿ íåéòðàëü 0-0 (ëèíèÿ, ñîåäèíÿþùàÿ òî÷êè îêðóæíîñòè ÿêîðÿ, â êîòîðûõ èíäóêöèÿ ðàâíà íóëþ) ñìåùàåòñÿ îòíîñèòåëüíî ãåîìåòðè÷åñêîé íåéòðàëè 0-0 íà íåêîòîðûé óãîë b.  ãåíåðàòîðàõ (Ã) ôèçè÷åñêàÿ íåéòðàëü ñìåùàåòñÿ ïî íàïðàâëåíèþ âðàùåíèÿ ÿêîðÿ; â äâèãàòåëÿõ (Ä) — ïðîòèâ íàïðàâëåíèÿ âðàùåíèÿ. ×òîáû ïîñòðîèòü êðèâóþ B ðåç = f ( x) ðàñïðåäåëåíèÿ ðåçóëüòèðóþùåé èíäóêöèè âäîëü îêðóæíîñòè ÿêîðÿ, ïðèìåíèì ìåòîä ñóïåðïîçèöèè. Åãî ìîæíî èñïîëüçîâàòü, åñëè ïðåíåáðå÷ü íàñûùåíèåì ìàãíèòíîé öåïè ìàøèíû è ñ÷èòàòü, ÷òî ÌÄÑ Fâ è Faq 240 Ðèñ. 21.2. Ìàãíèòíàÿ õàðàêòåðèñòèêà ìàøèíû ïîñòîÿííîãî òîêà è ãðàôèê äëÿ îïðåäåëåíèÿ ðàçìàãíè÷èâàþùåãî äåéñòâèÿ ïîïåðå÷íîãî ïîëÿ ðåàêöèè ÿêîðÿ ðàñõîäóþòñÿ íà êîìïåíñàöèþ ðàçíîñòè ìàãíèòíûõ ïîòåíöèàëîâ â âîçäóøíîì çàçîðå. Òàê êàê îáìîòêà âîçáóæäåíèÿ ÿâëÿåòñÿ ñîñðåäîòî÷åííîé, òî êðèâàÿ ðàñïðåäåëåíèÿ ñîçäàâàåìîé åþ ÌÄÑ F⢠= f ( x) èìååò ôîðìó ïðÿìîóãîëüíèêà, ãäå F⢠= 0,5Fâ — ýòî ÌÄÑ, ïðèõîäÿùàÿñÿ íà îäèí âîçäóøíûé çàçîð.  ýòîì ñëó÷àå êðèâàÿ èíäóêöèè B â = f ( x) èìååò ôîðìó êðèâîëèíåéíîé òðàïåöèè (ðèñ. 21.3, à). Äëÿ ïîñòðîåíèÿ êðèâîé ÌÄÑ Faqx = f ( x) è ñîç- äàâàåìîé åþ èíäóêöèè B aqx = f ( x) ïðèìåì, ÷òî îáìîòêà ÿêîðÿ ðàâíîìåðíî ðàñïðåäåëåíà ïî åãî îêðóæíîñòè. Òîãäà íà îñíîâàíèè çàêîíà ïîëíîãî òîêà ÌÄÑ ÿêîðÿ, äåéñòâóþùàÿ âäîëü êîíòóðà îáõîäà ÷åðåç òî÷êè âîçäóøíîãî çàçîðà íà ðàññòîÿíèÿ x îò îñè ãëàâíûõ ïîëþñîâ, 2Faqx = 2 xA = 2i a Nxl(pD a ), (21.1) à ÌÄÑ, ïðèõîäÿùàÿñÿ íà îäèí çàçîð, Faqx = ± xA, (21.2) ãäå A — ëèíåéíàÿ íàãðóçêà ÿêîðÿ (÷èñëî àìïåð, ïðèõîäÿùèõñÿ i N íà 1 ñì îêðóæíîñòè ÿêîðÿ), A = a . pD a Ñëåäîâàòåëüíî, ÌÄÑ ÿêîðÿ Faqx èçìåíÿåòñÿ ëèíåéíî âäîëü åãî îêðóæíîñòè (ðèñ. 21.3, á); ïîä ñåðåäèíîé ãëàâíîãî ïîëþñà îíà ðàâíà íóëþ, à â òî÷êàõ, ãäå óñòàíîâëåíû ùåòêè, èìååò ìàêñè241 Ðèñ. 21.3. Êðèâûå ðàñïðåäåëåíèÿ èíäóêöèè â âîçäóøíîì çàçîðå ìàøèíû ïîñòîÿííîãî òîêà ìàëüíîå çíà÷åíèå. Ïðè íåíàñûùåííîé ìàãíèòíîé ñèñòåìå ìàãíèòíàÿ èíäóêöèÿ â âîçäóøíîì çàçîðå B aqx = m 0 Faqx x =m0 A, dx dx (21.3) ãäå d x — âåëè÷èíà âîçäóøíîãî çàçîðà â òî÷êå x. Èç (21.3) ñëåäóåò, ÷òî ïîä ïîëþñîì ïðè d x = const èíäóêöèÿ Baqx èçìåíÿåòñÿ ëèíåéíî âäîëü îêðóæíîñòè ÿêîðÿ. Íî â ìåæäóïîëþñíîì ïðîñòðàíñòâå ðåçêî âîçðàñòàåò äëèíà ìàãíèòíîé 242 ñèëîâîé ëèíèè, ò. å. âåëè÷èíà âîçäóøíîãî çàçîðà d x , è ïîýòîìó ðåçêî óìåíüøàåòñÿ èíäóêöèÿ B aqx = f ( x).  ðåçóëüòàòå êðèâàÿ ðàñïðåäåëåíèÿ èíäóêöèè B aqx = f ( x) ïðèîáðåòàåò ñåäëîîáðàçíóþ ôîðìó. Êðèâóþ ðàñïðåäåëåíèÿ ðåçóëüòèðóþùåé èíäóêöèè B ðåç = f ( x) ìîæíî ïîëó÷èòü àëãåáðàè÷åñêèì ñëîæåíèåì îðäèíàò êðèâûõ B â = f ( x) è B aqx = f ( x). Êàê âèäíî èç ðèñ. 21.3, â, ýòà êðè- âàÿ èìååò ïèêè èíäóêöèè Bmax ïîä êðàÿìè ãëàâíûõ ïîëþñîâ. Òàêèì îáðàçîì, ðåàêöèÿ ÿêîðÿ îêàçûâàåò íåáëàãîïðèÿòíîå âëèÿíèå íà ðàáîòó ìàøèíû ïîñòîÿííîãî òîêà: à) ôèçè÷åñêàÿ íåéòðàëü 0¢-0¢ (ñì. ðèñ. 21.1, â) ñìåùàåòñÿ îòíîñèòåëüíî ãåîìåòðè÷åñêîé íåéòðàëè 0-0 íà íåêîòîðûé óãîë b; èñêàæàåòñÿ êðèâàÿ ðàñïðåäåëåíèÿ èíäóêöèè B ðåç = f ( x) â âîçäóøíîì çàçîðå è âîçðàñòàåò èíäóêöèÿ ïîä êðàÿìè ãëàâíûõ ïîëþñîâ, ÷òî âåäåò ê ïîâûøåíèþ íàïðÿæåíèÿ â ñåêöèÿõ, ñòîðîíû êîòîðûõ ïðîõîäÿò çîíû ñ óâåëè÷åííîé èíäóêöèåé. Êðîìå òîãî, êàê áóäåò ïîêàçàíî äàëåå, ðåçóëüòèðóþùèé ìàãíèòíûé ïîòîê ìàøèíû ïðè íàñûùåííîé ìàãíèòíîé öåïè óìåíüøàåòñÿ. Ðàçìàãíè÷èâàþùåå äåéñòâèå ïîïåðå÷íîãî ïîëÿ ðåàêöèè ÿêîðÿ Åñëè ìàãíèòíàÿ öåïü ìàøèíû íå íàñûùåíà, òî êðèâàÿ ðåçóëüòèðóþùåé èíäóêöèè â âîçäóøíîì çàçîðå ïîä äåéñòâèåì ðåàêöèè ÿêîðÿ èñêàæàåòñÿ (ðèñ. 21.3, â), îäíàêî ïëîùàäü åå îñòàåòñÿ ðàâíîé ïëîùàäè êðèâîé èíäóêöèè ïðè õîëîñòîì õîäå (ðèñ. 21.3, à). Ñëåäîâàòåëüíî, ðåçóëüòèðóþùèé ïîòîê Ôðåç ïðè íàãðóçêå ðàâåí ïîòîêó Ôâ ïðè õîëîñòîì õîäå. Îäíàêî ïðè íàñûùåííîé ìàãíèòíîé öåïè ðåàêöèÿ ÿêîðÿ óìåíüøàåò ïîòîê Ôðåç. ×òîáû óñòàíîâèòü âëèÿíèå ÌÄÑ Faq íà âåëè÷èíó ïîòîêà Ôðåç, ðàññìîòðèì çàâèñèìîñòü ðåçóëüòèðóþùåé èíäóêöèè Bðåç â âîçäóøíîì çàçîðå îò ðåçóëüòèðóþùåé ÌÄÑ Fðåç.õ = F⢠± Faqx , äåéñòâóþùåé â íåêîòîðîé òî÷êå x çàçîðà (ðèñ. 21.3, á). Ïðèìåì, ÷òî â ìàøèíå íàñûùåíû òîëüêî çóáöû ÿêîðÿ. Òîãäà ÌÄÑ F ¢ ðàñõîäóåòñÿ íà ïðåîäîëåíèå ìàãíèòíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ îäíîãî âîçäóøíîãî çàçîðà è îäíîãî çóáöîâîãî ñëîÿ.  òî÷êàõ, ëå243 æàùèõ ïîä ñåðåäèíîé ïîëþñîâ, ýòà ÌÄÑ ñîçäàåò èíäóêöèþ B ñð = B â , òàê êàê â ýòèõ òî÷êàõ Faqx = 0. Ïî ìåðå ïðèáëèæåíèÿ ê îäíîìó èç êðàåâ ïîëþñà N, íàïðèìåð ê ïðàâîìó (ñì. ðèñ. 21.3, â), èíäóêöèÿ Bðåç âîçðàñòàåò äî âåëè÷èíû Bïð.x, òàê êàê çäåñü äåéñòâóåò ÌÄÑ F⢠+ Faqx ; ïðè ïðèáëèæåíèè ê äðóãîìó êðàþ òîãî æå ïîëþñà (â äàííîì ñëó÷àå ê ëåâîìó) èíäóêöèÿ óìåíüøàåòñÿ äî Bëåâ.x, òàê êàê çäåñü äåéñòâóåò ÌÄÑ F⢠- Faqx . Îäíàêî èç-çà íåëèíåéíîãî õàðàêòåðà çàâèñèìîñòè B ðåç = f ( x) ïðèðîñò èíäóêöèè Bïð.x ó ïðàâîãî êðàÿ ïîëþñà ìåíüøå, ÷åì ñíèæåíèå èíäóêöèè Bëåâ.x ó ëåâîãî êðàÿ, âñëåäñòâèå ÷åãî ðåçóëüòèðóþùèé ïîòîê ìàøèíû óìåíüøàåòñÿ (ñì. êîñóþ øòðèõîâêó â êðèâîé èíäóêöèè íà ðèñ. 21.3, â). Ñíèæåíèå ìàãíèòíîãî ïîòîêà ïîä äåéñòâèåì ÌÄÑ ÿêîðÿ îáû÷íî íåâåëèêî è ñîñòàâëÿåò âñåãî 1–3 %, îäíàêî îíî ñóùåñòâåííî ñêàçûâàåòñÿ íà õàðàêòåðèñòèêàõ ãåíåðàòîðîâ ïîñòîÿííîãî òîêà è ïðèâîäèò ê óìåíüøåíèþ ÝÄÑ E ìàøèíû ïðè íàãðóçêå ïî ñðàâíåíèþ ñ ÝÄÑ E0 ïðè õîëîñòîì õîäå. Åñëè ìàøèíà ðàáîòàåò ïðè íåáîëüøèõ òîêàõ âîçáóæäåíèÿ, ò. å. íà ïðÿìîëèíåéíîé ÷àñòè êðèâîé íàìàãíè÷èâàíèÿ, òî ðåàêöèÿ ÿêîðÿ ðàçìàãíè÷èâàþùåãî äåéñòâèÿ íå îêàçûâàåò. Àíàëîãè÷íûé ýôôåêò ïîëó÷àåòñÿ è ïðè çíà÷èòåëüíîì íàñûùåíèè, êîãäà ìàøèíà ñíîâà ðàáîòàåò íà ïðÿìîëèíåéíîì ó÷àñòêå êðèâîé íàìàãíè÷èâàíèÿ. Ðåàêöèÿ ÿêîðÿ ïðè ñäâèãå ùåòîê ñ ãåîìåòðè÷åñêîé íåéòðàëè  ýòîì ñëó÷àå îêðóæíîñòü ÿêîðÿ ñ îáìîòêîé ìîæíî ðàçäåëèòü íà ÷åòûðå çîíû (ðèñ. 21.4). Äâå èç íèõ îõâàòûâàþò ñòîðîíû ñåêöèé â ïðåäåëàõ óãëà 2a è îáðàçóþò ïðîäîëüíóþ ÌÄÑ 2a Fad = A, à äâå äðóãèå îõâàòûâàþò ñòîðîíû ñåêöèé â ïðåäåëàõ p (p - 2a)A . óãëà (p - 2a) è îáðàçóþò ïîïåðå÷íóþ ÌÄÑ Faq = p Ïðîäîëüíàÿ ÌÄÑ Fad ñîçäàåò ïðîäîëüíûé ïîòîê Ôad, êîòîðûé ìîæåò ñèëüíî óâåëè÷èâàòü èëè óìåíüøàòü ðåçóëüòèðóþùèé ìàãíèòíûé ïîòîê ìàøèíû Ôðåç â çàâèñèìîñòè îò òîãî, ñîâïàäàåò ÌÄÑ Fad ñ Fâ èëè íàïðàâëåíà ïðîòèâ íåå. Íàïðàâëåíèå îïðåäåëÿåòñÿ òåì, â êàêóþ ñòîðîíó ñäâèíóòû ùåòêè. Åñëè ùåòêè ñäâèíó244 Ðèñ. 21.4. Ñõåìû, èëëþñòðèðóþùèå âîçíèêíîâåíèå ÌÄÑ ÿêîðÿ ïðè ñäâèãå ùåòîê ñ ãåîìåòðè÷åñêîé íåéòðàëè: à — ïðîäîëüíîé; á — ïîïåðå÷íîé òû ïî íàïðàâëåíèþ âðàùåíèÿ ãåíåðàòîðà èëè ïðîòèâ íàïðàâëåíèÿ âðàùåíèÿ ýëåêòðîäâèãàòåëÿ, òî ïðîäîëüíàÿ ÌÄÑ Fad ðàçìàãíè÷èâàåò ìàøèíó. Ïðè ñäâèãå ùåòîê â îáðàòíîì íàïðàâëåíèè ÌÄÑ Fad ïîäìàãíè÷èâàåò ìàøèíó. Ñâîéñòâî ïðîäîëüíîé ÌÄÑ Fad èçìåíÿòü ðåçóëüòèðóþùèé ìàãíèòíûé ïîòîê Ôðåç èñïîëüçóåòñÿ â íåêîòîðûõ ñïåöèàëüíûõ ìàøèíàõ, íàïðèìåð â ýëåêòðîìàøèííûõ óñèëèòåëÿõ ñ ïîïåðå÷íûì ïîëåì. Ïîïåðå÷íàÿ ÌÄÑ Faq ñîçäàåò ìàãíèòíûé ïîòîê Ôaq; îíà äåéñòâóåò íà ïîòîê Ôðåç òàê æå, êàê è ïðè ðàñïîëîæåíèè ùåòîê íà ãåîìåòðè÷åñêîé íåéòðàëè. Ïðè÷èíîé âîçíèêíîâåíèÿ êðóãîâîãî îãíÿ ÿâëÿåòñÿ ÷ðåçìåðíî âûñîêîå íàïðÿæåíèå ìåæäó ñìåæíûìè êîëëåêòîðíûìè ïëàñòèíàìè. Åñëè íàïðÿæåíèå ìåæäó ñìåæíûìè ïëàñòèíàìè ïðåâûøàåò 25 Â, òî ìåæäó íèìè âîçìîæíî ïîÿâëåíèå êîðîòêîé ýëåêòðè÷åñêîé äóãè.  ìîùíûõ ìàøèíàõ, à òàêæå â ìàøèíàõ ñðåäíåé è ìàëîé ìîùíîñòåé ñ âûñîêèìè çíà÷åíèÿìè íàïðÿæåíèÿ ìåæäó êîëëåêòîðíûìè ïëàñòèíàìè åäèíè÷íàÿ êîðîòêàÿ äóãà ïåðåðàñòàåò â ìîùíóþ äóãó. Ýòà äóãà ïåðåêðûâàåò çíà÷èòåëüíóþ ÷àñòü êîëëåêòîðà èëè äàæå çàìûêàåò íàêîðîòêî ùåòêîäåðæàòåëè ðàçíîé ïîëÿðíîñòè. Âîçíèêíîâåíèå ìîùíîé äóãè íà êîëëåêòîðå ñîïðîâîæäàåòñÿ ñèëüíûì ñâåòîâûì è çâóêîâûì ýôôåêòàìè (â êðóïíûõ ìàøèíàõ ýòî ïîõîæå íà âçðûâ áîìáû). Áîëüøîé òîê ÿêîðÿ, âîçíèêàþùèé ïðè ïåðåêðûòèè êîëëåêòîðà, âûçûâàåò ñðàáàòûâàíèå çàùèòû è ïîâðåæäàåò ïîâåðõíîñòü êîëëåêòîðà, èçîëÿòîðû ùåòêîäåðæàòåëåé è ò. ä., ò. å. âûâîäèò ìàøèíó èç ñòðîÿ. 245 Ïðåâðàùåíèå åäèíè÷íîé âñïûøêè â êðóãîâîé îãîíü ïðîèñõîäèò â íåñêîëüêî ýòàïîâ (ðèñ. 21.5). Âíà÷àëå èç-çà íàëè÷èÿ ìîñòèêà ìåæäó ñìåæíûìè ïëàñòèíàìè a è b âîçíèêàåò ïåðâè÷íàÿ êîðîòêàÿ äóãà. Òîê â äóãå áûñòðî óâåëè÷èâàåòñÿ, è ïðîñòðàíñòâî íàä êîëëåêòîðîì èîíèçèðóåòñÿ, ò. å. çàïîëíÿåòñÿ ðàñêàëåííûìè ïàðàìè ìåäè. Ïî ìåðå âðàùåíèÿ êîëëåêòîðà âñå áîëüøåå ïðîñòðàíñòâî ñòàíîâèòñÿ èîíèçèðîâàííûì, â ðåçóëüòàòå äóãà ïåðåÐèñ. 21.5. Ñõåìà âîçíèêíîâåíèÿ êðóãîâîãî îãíÿ íà êîëëåêòîðå: 1 — ïåð- êðûâàåò íåñêîëüêî ïëàñòèí, ÷òî âè÷íàÿ äóãà ïðè çàìûêàíèè ñìåæ- âåäåò ê åùå áîëüøåìó âîçðàñòàíûõ êîëëåêòîðíûõ ïëàñòèí; 2 — ãà- íèþ òîêà. Äàëüíåéøåå ðàçâèòèå çû è ïàðû ìåäè; 3 — ìîùíàÿ äóãà ïðîöåññà íîñèò ñëó÷àéíûé õàðàêòåð, íî âñåãäà ñîïðîâîæäàåòñÿ ïîâðåæäåíèåì êîëëåêòîðà è äðóãèõ äåòàëåé ìàøèíû. Ïðîöåññ ïåðåðàñòàíèÿ åäèíè÷íîé âñïûøêè â ìîùíóþ äóãó äëèòñÿ 0,01–0,001 ñ, ïîýòîìó ñîçäàòü êàêóþ-ëèáî çàùèòó îò êðóãîâîãî îãíÿ íå óäàåòñÿ. Ðåàêöèÿ ÿêîðÿ èñêàæàåò ìàãíèòíîå ïîëå â âîçäóøíîì çàçîðå ìàøèíû, óâåëè÷èâàÿ ìàãíèòíóþ èíäóêöèþ ïîä îäíèì èç êðàåâ ãëàâíûõ ïîëþñîâ (ñì. ðèñ. 21.3). Âñëåäñòâèå ýòîãî âîçðàñòàåò ìàêñèìàëüíîå íàïðÿæåíèå uê.ìàêñ ìåæäó ñìåæíûìè ïëàñòèíàìè è óâåëè÷èâàåòñÿ îïàñíîñòü êðóãîâîãî îãíÿ. Äëÿ ìàøèíû ñ ïåòëåâîé è âîëíîâîé îáìîòêàìè ñîîòâåòñòâåííî u ê.ìàêñ = e c.ìàêñ = 2B ìàêñ la v a w c , (21.4) u ê.ìàêñ = e c.ìàêñ = 2B ìàêñ la v a w c p, ãäå wñ — ÷èñëî âèòêîâ â ñåêöèè. Ñïîñîáû ïðåäîòâðàùåíèÿ. ×òîáû óìåíüøèòü âåðîÿòíîñòü âîçíèêíîâåíèÿ êðóãîâîãî îãíÿ, íåîáõîäèìî ñíèæàòü âåëè÷èíó ìàêñèìàëüíîãî íàïðÿæåíèÿ ìåæäó ñìåæíûìè êîëëåêòîðíûìè ïëàñòèíàìè. Äëÿ ýòîãî â êðóïíûõ ìàøèíàõ èñïîëüçóþò îáìîòêè ÿêîðÿ ñ îäíîâèòêîâûìè ñåêöèÿìè (w c = 1), ñíèæàþò ñðåäíåå íàïðÿæåíèå ìåæäó êîëëåêòîðíûìè ïëàñòèíàìè äî 15–18  (ïðè ýòîì ñîîòâåòñòâåííî îãðàíè÷èâàþò àêòèâíóþ äëèíó ÿêîðÿ) è ïðèíèìàþò ìåðû äëÿ óìåíüøåíèÿ èñêàæàþùåãî äåéñòâèÿ ðåàêöèè ÿêîðÿ, 246 ò. å. èíäóêöèè Bìàêñ. Ïðîùå âñåãî ìîæíî óìåíüøèòü Bìàêñ, óâåëè÷èâ âîçäóøíûé çàçîð, ïîýòîìó ìàøèíû ïîñòîÿííîãî òîêà îáû÷íî âûïîëíÿþò ñî ñðàâíèòåëüíî áîëüøèì âîçäóøíûì çàçîðîì, ÷åì ñèíõðîííûå è àñèíõðîííûå. Îäíàêî óâåëè÷åíèå âîçäóøíîãî çàçîðà òðåáóåò ñîîòâåòñòâóþùåãî ïîâûøåíèÿ ÌÄÑ îáìîòêè âîçáóæäåíèÿ (äëÿ ñîçäàíèÿ íåîáõîäèìîãî ìàãíèòíîãî ïîòîêà), ÷òî ïðèâîäèò ê óâåëè÷åíèþ ðàçìåðîâ ñòàòîðà è âñåé ìàøèíû. Áîëåå âûãîäíî ïðèìåíèòü âîçäóøíûé çàçîð, ìèíèìàëüíûé ïîä ñåðåäèíîé ïîëþñà è ðàñøèðÿþùèéñÿ ê êðàÿì, ãäå âîçðàñòàåò ÌÄÑ ÿêîðÿ. Ïðè ýòîì ìàãíèòíîå ñîïðîòèâëåíèå äëÿ ïîòîêà ãëàâíûõ ïîëþñîâ óâåëè÷èâàåòñÿ â ìåíüøåé ñòåïåíè, ÷åì äëÿ ïîòîêà, ñîçäàâàåìîãî ïîïåðå÷íîé ðåàêöèåé ÿêîðÿ. Ñëåäîâàòåëüíî, ðàñøèðÿþùèéñÿ çàçîð òðåáóåò ìåíüøåãî ïîâûøåíèÿ ÌÄÑ îáìîòêè âîçáóæäåíèÿ, ÷åì ðàâíîìåðíûé. Åùå áîëåå êàðäèíàëüíîé ìåðîé ÿâëÿåòñÿ ïðèìåíåíèå êîìïåíñàöèîííîé îáìîòêè (ðèñ. 21.6), êîòîðóþ ðàñïîëàãàþò â ïàçàõ ãëàâíûõ ïîëþñîâ è ñîåäèíÿþò ïîñëåäîâàòåëüíî ñ îáìîòêîé ÿêîðÿ. Êîìïåíñàöèîííóþ îáìîòêó âêëþ÷àþò òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû îáðàçóåìàÿ åþ ÌÄÑ Fê áûëà íàïðàâëåíà âñòðå÷íî ÌÄÑ ÿêîðÿ Faq è êîìïåíñèðîâàëà åå äåéñòâèå. Ïðè Fê = Fàq ÌÄÑ ÿêîðÿ ïðàêòè÷åñêè íå èñêàæàåò ìàãíèòíîå ïîëå â âîçäóøíîì çàçîðå. Êîìïåíñàöèîííàÿ îáìîòêà ñóùåñòâåííî óñëîæíÿåò êîíñòðóêöèþ ìàøèíû, ïîýòîìó åå ïðèìåíÿþò òîëüêî â ìàøèíàõ ñðåäíåé è áîëüøîé ìîùíîñòåé, ðàáîòàþùèõ â òÿæåëûõ óñëîâèÿõ (÷àñòûå ïóñêè, òîë÷êè íàãðóçêè, ïåðåãðóçêè ïî òîêó è ò. ï.). Êîìïåíñàöèîííóþ îáìîòêó ïðèìåíÿþò Ðèñ. 21.6. Êîìïåíñàöèîííàÿ îáìîòêà: òàêæå â òåõ ñëó÷àÿõ, êîãäà ìà- à — ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà; á — ñõåøèíà ïðîåêòèðóåòñÿ ïðè æåñò- ìà ðàñïîëîæåíèÿ â ìàøèíå: 1 — ãëàâíûé ïîëþñ; 2 — îáìîòêà âîçáóæäåêèõ ãàáàðèòíûõ îãðàíè÷åíèÿõ, íèÿ; 3 — êîìïåíñàöèîííàÿ îáìîòêà; òàê êàê ýòà îáìîòêà ïîçâîëÿåò 4 — äîáàâî÷íûé ïîëþñ; 5 — ÿêîðü 247 óìåíüøèòü âîçäóøíûé çàçîð, ñëåäîâàòåëüíî, è ðàçìåðû îáìîòêè âîçáóæäåíèÿ. ÂÎÏÐÎÑÛ 21.1.1.  êàêîì ñëó÷àå ÝÄÑ ÿêîðÿ áîëüøå: E0 ïðè õîëîñòîì õîäå èëè E ïðè íàãðóçêå? à) E 0 = E ; á) E 0 < E ; â) E 0 > E . 21.1.2.  êàêóþ ñòîðîíó ñìåùàåòñÿ ôèçè÷åñêàÿ íåéòðàëü ïðè ðàáîòå ãåíåðàòîðà ïîä íàãðóçêîé? à) ïî íàïðàâëåíèþ âðàùåíèÿ ÿêîðÿ; á) ïðîòèè íàïðàâëåíèÿ âðàùåíèÿ ÿêîðÿ. 21.1.3. Êàê èçìåíèòñÿ ðåàêöèÿ ÿêîðÿ, åñëè ùåòêè ñäâèíóòû ñ íåéòðàëè? Óêàçàíèå: ó÷åñòü, ÷òî îñü ïîëÿ ÿêîðÿ íàïðàâëåíà ïî îñè ùåòîê. 21.2.4.  ÷åì ñóùíîñòü ðåàêöèè ÿêîðÿ ìàøèíû ïîñòîÿííîãî òîêà? 21.2.5. Ïî÷åìó ÌÄÑ ÿêîðÿ, äåéñòâóþùàÿ ïî ïîïåðå÷íîé îñè, âûçûâàåò ðàçìàãíè÷èâàíèå ìàøèíû ïî ïðîäîëüíîé îñè? 21.2.6. Êàê ó÷èòûâàåòñÿ ðàçìàãíè÷èâàþùåå äåéñòâèå ðåàêöèè ÿêîðÿ ïðè ðàñ÷åòå ÷èñëà âèòêîâ ïîëþñíîé êàòóøêè îáìîòêè âîçáóæäåíèÿ? 21.2.7. Ñ êàêîé öåëüþ êîìïåíñàöèîííóþ îáìîòêó âêëþ÷àþò ïîñëåäîâàòåëüíî ñ îáìîòêîé ÿêîðÿ? 21.2.8. Ïî÷åìó ñ óâåëè÷åíèåì âîçäóøíîãî çàçîðà îñëàáëÿåòñÿ ðàçìàãíè÷èâàþùåå âëèÿíèå ðåàêöèè ÿêîðÿ? Ëåêöèÿ 22 ÊÎÌÌÓÒÀÖÈß Â ÌÀØÈÍÀÕ ÏÎÑÒÎßÍÍÎÃÎ ÒÎÊÀ 22.1. Îñíîâíîå óðàâíåíèå êîììóòàöèè Êîììóòàöèåé íàçûâàåòñÿ ïðîöåññ èçìåíåíèÿ íàïðàâëåíèÿ òîêà â ñåêöèè ÿêîðíîé îáìîòêè ïðè ïåðåõîäå åå èç îäíîé ïàðàëëåëüíîé âåòâè â äðóãóþ. Ïðè ýòîì êîëëåêòîðíûå ïëàñòèíû, ê êîòîðûì ïðèñîåäèíåíû êîíöû ñåêöèè, ïðîõîäÿò ïîä ùåòêîé è ñåêöèÿ âî âðåìÿ êîììóòàöèè îêàçûâàåòñÿ çàìêíóòîé ùåòêîé íàêîðîòêî. Óæå èç ðèñ. 21.1, â âèäíî, ÷òî ïðè ïðîõîæäåíèè ïðîâîäíèêîâ ÷åðåç íåéòðàëü, íà êîòîðîé óñòàíîâëåíû ùåòêè, íàïðàâëåíèå òîêà ìåíÿåòñÿ. Èçìåíåíèå òîêà â ñåêöèè çà âðåìÿ ïðîõîæîäåíèÿ åå ïîä ïàðîé ïîëþñîâ ïîêàçàíî íà ðèñ. 22.1. Âðåìÿ Tê, â òå÷åíèå êîòîðîãî ïðîèñõîäèò èçìåíåíèå íàïðàâëåíèÿ òîêà, íàçûâàåòñÿ Ðèñ. 22.1. Èçìåíåíèå òîêà â ñåêöèè ïåðèîäîì êîììóòàöèè. Ïåðè- ïðè ïðîõîæäåíèè åå ïîä ïàðîé ïîëþñîâ (ià — òîê ïàðàëëåëüíîé âåòâè) îä êîììóòàöèè âåñüìà ìàë è ñîñòàâëÿåò òûñÿ÷íûå äîëè ñåêóíäû. Õàðàêòåð èçìåíåíèÿ òîêà âî âðåìÿ êîììóòàöèè íå âñåãäà ÿâëÿåòñÿ ëèíåéíûì, êàê ïîêàçàíî íà ðèñ. 22.1. B òî âðåìÿ èìåííî õàðàêòåð èçìåíåíèÿ òîêà â ñåêöèè ïðè êîììóòàöèè îïðåäåëÿåò ñîáîþ óäîâëåòâîðèòåëüíîå èëè íå óäîâëåòâîðèòåëüíîå ïðîòåêà249 íèå ýòîãî ïðîöåññà. Ðàçáåðåìñÿ â ýòîì ïîïîäðîáíåå. Êîììóòàöèÿ ÿâëÿåòñÿ ÷ðåçâû÷àéíî ñëîæíûì ÿâëåíèåì, è ìû áóäåì ðàññìàòðèâàòü åãî óïðîùåííî, ïîëàãàÿ íåèçìåííûì óäåëüíîå ñîïðîòèâëåíèå êîíòàêòà ìåæäó ùåòêîé è êîëëåêòîðíîé ïëàñòèíîé. Øèðèíó ùåòêè ïðèìåì ðàâíîé øèðèíå êîëëåêòîðíîé ïëàñòèíû. Ñîïðîòèâëåíèåì êîììóòèðóåìîé ñåêöèè áóäåì ïðåíåáðåãàòü, òàê êàê îíî ìàëî ïî ñðàâíåíèþ ñ ñîïðîòèâëåíèåì ïåðåõîäíîãî êîíòàêòà ùåòêà — êîëëåêòîðíàÿ ïëàñòèíà. Íà ðèñ. 22.2 äàíî òðè ïîñëåäîâàòåëüíûõ ìîìåíòà êîììóòàöèè. Ðèñ. 22.2. Ïîñëåäîâàòåëüíûå ìîìåíòû êîììóòàöèè: a — íà÷àëî êîììóòàöèè: t = 0, i1 = 2ia , i2 = 0, i = ia , ñåêöèÿ â ïðàâîé ïàðàëëåëüíîé âåòâè; á — êîììóòàöèÿ: 0 < t < Tê ; â — êîíåö êîììóòàöèè: t = Tê , i1 = 0, i2 = 2ia , i = -ia , ñåêöèÿ â ëåâîé ïàðàëëåëüíîé âåòâè Îñòàíîâèìñÿ íà ðèñ. 22.2, á, ïîêàçûâàþùåì ñåêöèþ âî âðåìÿ êîììóòàöèè. Îáîçíà÷àÿ ñîïðîòèâëåíèÿ êîíòàêòà ìåæäó ùåòêîé è êîëëåêòîðíûìè ïëàñòèíàìè 1 è 2 ñîîòâåòñòâåííî r1 è r2, íàïèøåì óðàâíåíèå 2-ãî çàêîíà Êèðõãîôà äëÿ ñåêöèè, çàìêíóòîé ùåòêîé íàêîðîòêî: (22.1) i1r1 - i 2 r2 = å e, ãäå å e — ñóììà ýëåêòðîäâèæóùèõ ñèë â ñåêöèè âî âðåìÿ êîììóòàöèè. Òîêè (22.2) i 1 = i a + i, i 2 = i a - i. 250 Ïåðåõîäíûå ñîïðîòèâëåíèÿ è íåïîñòîÿííû, è èçìåíÿþòñÿ îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëüíî ïëîùàäÿì ñîïðèêîñíîâåíèÿ ùåòêè ñ ïëàñòèíàìè 1 (S1) è 2 (S2). Ïðè ïîñòîÿííîé ñêîðîñòè âðàùåíèÿ êîëëåêòîðà ïëîùàäü S2 ïðîïîðöèîíàëüíà âðåìåíè t, ïðîòåêøåìó ñ íà÷àëà êîììóòàöèè, à ïëîùàäü S1 — âðåìåíè T ê - t, îñòàâøåìóñÿ äî êîíöà êîììóòàöèè. Îáîçíà÷àÿ ÷åðåç rù ñîïðîòèâëåíèå êîíòàêòà, êîãäà ùåòêà ïîëíîñòüþ ëåæèò íà îäíîé ïëàñòèíå, ìîæíî íàïèñàòü: T Tê . (22.3) r2 = rù ê , r1 = rù t Tê - t Ïîäñòàâëÿÿ â óðàâíåíèå (22.1) çíà÷åíèÿ òîêîâ i1 è i2 èç ôîðìóë (22.2) è ñîïðîòèâëåíèé r1 è r2 èç ôîðìóë (22.3) è ðåøàÿ ïîëó÷åííîå óðàâíåíèå îòíîñèòåëüíî òîêà i â ñåêöèè, ïîëó÷èì æ 2t ö åe . i = çç1 - ÷÷÷i à + çè T ê ÷ø Tê T × ê rù t Tê - t (22.4) Òàêèì îáðàçîì, òîê â êîììóòèðóåìîé ñåêöèè ñêëàäûâàåòñÿ èç äâóõ ñîñòàâëÿþùèõ: îñíîâíîãî òîêà (òîêà ïðÿìîëèíåéíîé êîììóòàöèè) iïð, îïðåäåëÿåìîãî íàãðóçêîé ìàøèíû (òîêîì ià), æ 2t ö i ïð = çç1 - ÷÷÷i à , çè T ê ÷ø è äîáàâî÷íîãî òîêà iä, îïðåäåëÿåìîãî ñóììîé ÝÄÑ, äåéñòâóþùèõ â ñåêöèè, åe . iä = Tê T × ê rù t Tê - t Åñëè å e = 0, òî òîê â ñåêöèè i = i ïð èçìåíÿåòñÿ âî âðåìåíè ïî ëèíåéíîìó çàêîíó (ðèñ. 22.3, êðèâàÿ 1). Òàêàÿ êîììóòàöèÿ íàçûâàåòñÿ ïðÿìîëèíåéíîé. Îíà õàðàêòåðèçóåòñÿ ðàâíîìåðíûì ðàñïðåäåëåíèåì òîêà íàä âñåé ïîâåðõíîñòüþ ùåòêè. Ïëîòíîñòü òîêà ïîä ùåòêîé âåçäå îäèíàêîâà. Îäíàêî â êîììóòèðóåìîé ñåêöèè äåéñòâóåò ÝÄÑ, ñóììà êîòîðûõ íå áóäåò ðàâíà íóëþ, åñëè íå ïðèíÿòü íèêàêèõ ìåð ê èõ êîìïåíñàöèè. Ýòî ïðåæäå âñåãî ÝÄÑ ñàìîèíäóêöèè 251 e L = -Lc di . dt Õîòÿ èíäóêòèâíîñòü ñåêöèè Lñ ìàëà, íî ñêîðîñòü èçìåíåíèÿ òîêà ïðè êîììóòàöèè î÷åíü âåëèêà, è ÝÄÑ e1 äîñòèãàåò çàìåòíîé âåëè÷èíû (íåñêîëüêî âîëüò). ÝÄÑ ñàìîèíäóêöèè ñòðåìèòñÿ çàìåäëèòü èçìåíåíèå òîêà â ñåêöèè. Êðîìå òîãî, åñëè â îäíîì ïàçó ëåæàò ñòîðîíû íåñêîëüêèõ Ðèñ. 22.3. Èçìåíåíèå òîêà â êîììó- ñåêöèé, îäíîâðåìåííî êîììóòèòèðóåìîé ñåêöèè çà âðåìÿ êîììóòàðóåìûõ, òî â ñåêöèè âîçíèêàåò öèè: 1, 2, 3 — ïðÿìîëèíåéíàÿ, çàìåäëåííàÿ è óñêîðåííàÿ êîììóòà- ÝÄÑ âçàèìîèíäóêöèè Eì, äåéñòöèÿ ñîîòâåòñòâåííî âóþùàÿ àíàëîãè÷íî e1. Ñóììà ýòèõ îäíîðîäíûõ ïî ñâîåé ïðèðîäå ÝÄÑ íàçûâàåòñÿ ðåàêòèâíîé ÝÄÑ er. Ìàãíèòíàÿ èíäóêöèÿ îñíîâíîãî ïîëÿ ìàøèíû â çîíå êîììóòàöèè íà íåéòðàëè ðàâíà íóëþ, íî ïîëå ïîïåðå÷íîé ðåàêöèè ÿêîðÿ çäåñü íàëèöî. Ïîýòîìó â ñåêöèè ïîÿâëÿåòñÿ åùå ÝÄÑ eq, èíäóêòèðóåìàÿ ïîëåì ðåàêöèè ÿêîðÿ è äåéñòâóþùàÿ â òîì æå íàïðàâëåíèè, ÷òî è er. Ñóììà âñåõ ýòèõ ÝÄÑ è îïðåäåëÿåò äîáàâî÷íûé òîê â êîììóòèðóåìîé ñåêöèè (ñì. ðèñ. 22.2, á), êîòîðûé ðàçãðóæàåò íàáåãàþùèé êðàé ùåòêè è ïåðåãðóæàåò ñáåãàþùèé. Äîáàâî÷íûé òîê, íàêëàäûâàÿñü íà òîê iïð, èñêðèâëÿåò êîììóòàöèþ. Êîììóòàöèÿ ñòàíîâèòñÿ çàìåäëåííîé (ñì. ðèñ. 22.3, êðèâàÿ 2). Ýòî õóäøèé âèä êîììóòàöèè, òàê êàê ïåðåãðóçêà äîáàâî÷íûì òîêîì ñáåãàþùåãî êðàÿ ùåòêè, ðàçìûêàþùåãî ñåêöèþ â êîíöå êîììóòàöèè, ñîçäàåò áëàãîïðèÿòíûå óñëîâèÿ äëÿ ïîÿâëåíèÿ èñêðåíèÿ. Åñëè â çîíå êîììóòàöèè ñîçäàòü âíåøíåå ìàãíèòíîå ïîëå òàêîé âåëè÷èíû è íàïðàâëåíèÿ, ÷òîáû îíî êîìïåíñèðîâàëî ïîëå ðåàêöèè ÿêîðÿ è èíäóêòèðîâàëî ïðè âðàùåíèè ÿêîðÿ â êîììóòèðóåìîé ñåêöèè ÝÄÑ Eê, ðàâíóþ ðåàêòèâíîé ÝÄÑ er è ïðîòèâîïîëîæíî íàïðàâëåííóþ, òî å e = e r - e ê = 0, 252 è êîììóòàöèÿ ñòàíåò ïðÿìîëèíåéíîé. Åñëè æå ýòî ïîëå, íàçûâàåìîå êîììóòèðóþùèì, óñèëèòü òàê, ÷òîáû eê > er , òî â ñåêöèè îïÿòü ïîÿâèòñÿ äîáàâî÷íûé òîê, íî óæå îáðàòíîãî íàïðàâëåíèÿ. Îí ðàçãðóçèò ñáåãàþùèé êðàé ùåòêè è ïåðåãðóçèò íàáåãàþùèé. Òàêàÿ êîììóòàöèÿ íàçûâàåòñÿ óñêîðåííîé (ñì. ðèñ. 22.3, á, êðèâàÿ 3).  ýòîì ñëó÷àå ðàñïðåäåëåíèå òîêà ïîä ùåòêîé òàêæå íåðàâíîìåðíî, íî ðàçãðóæàåòñÿ ñáåãàþùèé êðàé ùåòêè, ðàçìûêàþùèé ñåêöèþ. Ïîýòîìó â îòíîøåíèè èñêðåíèÿ óñêîðåííàÿ êîììóòàöèÿ ãîðàçäî ëó÷øå çàìåäëåííîé. Äëÿ îáåñïå÷åíèÿ õîðîøåé, ïðÿìîëèíåéíîé èëè ñëåãêà óñêîðåííîé, êîììóòàöèè â ìàøèíàõ ìîùíîñòüþ ñâûøå 0,3 êÂò äåëàþò äîáàâî÷íûå ïîëþñû (ðèñ. 22.4). Äîáàâî÷íûå ïîëþñû, óñòàíàâëèâàåìûå ìåæäó ãëàâíûìè ïîëþñàìè â çîíå êîììóòàöèè, ñîçäàþò êîììóòèðóþùåå ïîëå, èíäóêòèðóþùåå â ñåêöèè ÝÄÑ eê, íåîáõîäèìóþ äëÿ êîìïåíñàöèè er. Ïîñêîëüêó ðåàêòèâíàÿ ÝÄÑ er ïðîïîðöèîíàëüíà òîêó ÿêîðÿ, òî äëÿ åå êîìïåíñàöèè ïðè ëþáîé íàãðóçêå ìàøèíû èíäóêöèÿ êîììóòèðóþùåãî Ðèñ. 22.4. Äîáàâî÷íûå ïîëþñû ïîëÿ Bê, à çíà÷èò, è ÝÄÑ eê, òîæå äîëæíà áûòü ïðîïîðöèîíàëüíà òîêó ÿêîðÿ. Äëÿ ýòîãî êàòóøêè âîçáóæäåíèÿ äîáàâî÷íûõ ïîëþñîâ ñîåäèíÿþòñÿ ïîñëåäîâàòåëüíî ñ ÿêîðåì. Ïîëÿðíîñòü äîáàâî÷íûõ ïîëþñîâ îïðåäåëÿåòñÿ òàê: ó ãåíåðàòîðà çà ãëàâíûì ïîëþñîì ïî íàïðàâëåíèþ âðàùåíèÿ èäåò äîáàâî÷íûé ïîëþñ ïðîòèâîïîëîæíîé ïîëÿðíîñòè, ó äâèãàòåëÿ — äîáàâî÷íûé ïîëþñ òîé æå ïîëÿðíîñòè.  ìàøèíàõ î÷åíü ìàëîé ìîùíîñòè êîììóòàöèþ óëó÷øàþò, ñäâèãàÿ ùåòêè ñ ãåîìåòðè÷åñêîé íåéòðàëè ó ãåíåðàòîðà ïî íàïðàâëåíèþ âðàùåíèÿ, ó äâèãàòåëÿ — ïðîòèâ íàïðàâëåíèÿ âðàùåíèÿ.  ýòîì ñëó÷àå êîììóòèðóþùèì ïîëåì ÿâëÿåòñÿ ïîëå 253 ãëàâíûõ ïîëþñîâ, èíäóêòèðóþùåå â ñåêöèè ïðè êîììóòàöèè ÝÄÑ eê, íàïðàâëåííóþ íàâñòðå÷ó ÝÄÑ er. Íàäî îòìåòèòü, ÷òî ïðè÷èíàìè èñêðåíèÿ íà êîëëåêòîðå îáû÷íî ÿâëÿþòñÿ íåèñïðàâíîñòè êîëëåêòîðà è ùåòî÷íîãî àïïàðàòà. ÂÎÏÐÎÑÛ 22.1.1. Ìåíÿåòñÿ ëè ðåàêòèâíàÿ ÝÄÑ Er ñ óâåëè÷åíèåì ñêîðîñòè ÿêîðÿ ïðè òîì æå òîêå ÿêîðÿ? à) óìåíüøàåòñÿ; á) îñòàåòñÿ ïîñòîÿííîé; â) óâåëè÷èâàåòñÿ. 22.1.2. Êàê îòðàçèòñÿ íà êîììóòàöèè ñäâèã ùåòîê ñ íåéòðàëè ïðîòèâ íàïðàâëåíèÿ âðàùåíèÿ ãåíåðàòîðà? 22.1.3. Ñå÷åíèå ñåðäå÷íèêîâ äîáàâî÷íûõ ïîëþñîâ âûáèðàåòñÿ òàê, ÷òîáû îíè ðàáîòàëè íåíàñûùåííûìè. Îáúÿñíèòå, ïî÷åìó? 22.1.4. Êàêèå ïðè÷èíû ìîãóò âûçûâàòü èñêðåíèå íà êîëëåêòîðå? 22.1.5. Êàêèå ñòåïåíè èñêðåíèÿ ïðåäóñìîòðåíû ÃÎÑÒîì? Äàéòå êàæäîé èç íèõ õàðàêòåðèñòèêó è óêàæèòå óñëîâèÿ äîïóñòèìîñòè. 22.1.6. Ïî÷åìó ïðÿìîëèíåéíàÿ êîììóòàöèÿ íå ñîïðîâîæäàåòñÿ èñêðåíèåì? 22.1.7. Êàêèå ïðè÷èíû, âûçûâàþùèå èñêðåíèå, âîçíèêàþò ïðè çàìåäëåííîé êîììóòàöèè? 22.1.8. Îáúÿñíèòå íàçíà÷åíèå è óñòðîéñòâî äîáàâî÷íûõ ïîëþñîâ. 22.1.9. Êàêîâû ïðè÷èíû, ñïîñîáíûå âûçâàòü êðóãîâîé îãîíü ïî êîëëåêòîðó? Ëåêöèÿ 23 ÃÅÍÅÐÀÒÎÐÛ ÏÎÑÒÎßÍÍÎÃÎ ÒÎÊÀ 23.1. Îñíîâíûå òèïû ãåíåðàòîðîâ ïîñòîÿííîãî òîêà Ãåíåðàòîðû ïîñòîÿííîãî òîêà äåëÿòñÿ â çàâèñèìîñòè îò ñïîñîáà ïèòàíèÿ îáìîòêè âîçáóæäåíèÿ íà ñëåäóþùèå òèïû: à) ãåíåðàòîð íåçàâèñèìîãî âîçáóæäåíèÿ, ó êîòîðîãî îáìîòêà âîçáóæäåíèÿ ïèòàåòñÿ îò ïîñòîðîííåãî èñòî÷íèêà ïîñòîÿííîãî òîêà (ðèñ. 23.1, à); Ðèñ. 23.1. Ñõåìû ãåíåðàòîðîâ ïîñòîÿííîãî òîêà: à — ãåíåðàòîð íåçàâèñèìîãî âîçáóæäåíèÿ (ðåîñòàò äëÿ ðåãóëèðîâàíèÿ òîêà âîçáóæäåíèÿ); á — ãåíåðàòîð ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ; â — ãåíåðàòîð ïîñëåäîâàòåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ; ã — ãåíåðàòîð ñìåøàííîãî âîçáóæäåíèÿ á) ãåíåðàòîð ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ, îáìîòêà âîçáóæäåíèÿ êîòîðîãî ïîäêëþ÷åíà ïàðàëëåëüíî ê ÿêîðþ ãåíåðàòîðà (ðèñ. 23.1, á). Ãåíåðàòîðû, ó êîòîðûõ îáìîòêà âîçáóæäåíèÿ ïèòà255 åòñÿ ýíåðãèåé îò ÿêîðÿ ñàìîãî ãåíåðàòîðà, íàçûâàþòñÿ ãåíåðàòîðàìè ñ ñàìîâîçáóæäåíèåì. Ê íèì, êðîìå ãåíåðàòîðà ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ, îòíîñÿòñÿ è ïîñëåäóþùèå äâà òèïà. Õàðàêòåðíûì ïðèçíàêîì ïàðàëëåëüíîé îáìîòêè âîçáóæäåíèÿ ÿâëÿåòñÿ áîëüøîå ÷èñëî âèòêîâ, âûïîëíåííûõ èç ïðîâîäîâ ìàëîãî ñå÷åíèÿ. Òîê âîçáóæäåíèÿ î÷åíü íåâåëèê, à ìîùíîñòü, çàòðà÷èâàåìàÿ íà âîçáóæäåíèå, ñîñòàâëÿåò 1–5 % îò íîìèíàëüíîé ìîùíîñòè ãåíåðàòîðà; â) ãåíåðàòîð ïîñëåäîâàòåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ (ðèñ. 23.1, â). Ïîñêîëüêó ó ýòîãî ãåíåðàòîðà îáìîòêà âîçáóæäåíèÿ ñîåäèíåíà ñ ÿêîðåì ïîñëåäîâàòåëüíî è òîê ÿêîðÿ ÿâëÿåòñÿ îäíîâðåìåííî òîêîì âîçáóæäåíèÿ, òî ïðè êîëåáàíèÿõ íàãðóçêè èçìåíÿåòñÿ çíà÷èòåëüíî è íàïðÿæåíèå íà ãåíåðàòîðå. Ïîýòîìó ãåíåðàòîð ïîñëåäîâàòåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ ïðàêòè÷åñêîãî ïðèìåíåíèÿ íå íàøåë è â äàëüíåéøåì ìû åãî ðàññìàòðèâàòü íå áóäåì; ã) ãåíåðàòîð ñìåøàííîãî âîçáóæäåíèÿ (ðèñ. 23.1, ã). Ýòîò ãåíåðàòîð èìååò äâå îáìîòêè âîçáóæäåíèÿ — ïàðàëëåëüíóþ è ïîñëåäîâàòåëüíóþ, äåéñòâóþùèå ñîãëàñíî. Îñíîâíîé îáìîòêîé âîçáóæäåíèÿ ÿâëÿåòñÿ ïàðàëëåëüíàÿ. 23.2. Ãåíåðàòîð íåçàâèñèìîãî âîçáóæäåíèÿ Õàðàêòåðèñòèêà õîëîñòîãî õîäà ãåíåðàòîðà íåçàâèñèìîãî âîçáóæäåíèÿ, U 0 = f (I â ), èìååò âèä, îáû÷íûé äëÿ âñåõ ýëåêòðè- Ðèñ. 23.2. Õàðàêòåðèñòèêà õîëîñòîãî õîäà ãåíåðàòîðà íåçàâèñèìîãî âîçáóæäåíèÿ 256 ÷åñêèõ ìàøèí (ïðè õîëîñòîì õîäå E = U 0 ) (ðèñ. 23.2). Òîëüêî â ýòîì ñëó÷àå õàðàêòåðèñòèêà íà÷èíàåòñÿ íå èç íà÷àëà êîîðäèíàò, òàê êàê â ðàáîòàâøåé ìàøèíå åñòü ïîòîê îñòàòî÷íîãî ìàãíåòèçìà, êîòîðûé äàåò íà ÿêîðå íåáîëüøîå íàïðÿæåíèå Uîñò äàæå ïðè îòñóòñòâèè òîêà âîçáóæäåíèÿ. Õàðàêòåðèñòèêà ðàññ÷èòûâàåòñÿ èëè ñíèìàåòñÿ ýêñïåðèìåíòàëüíî ïðè I a = 0 è n = const. Âíåøíÿÿ õàðàêòåðèñòèêà U = f (I a ) ïðè I â = const è n = const èçîáðàæåíà íà ðèñ. 23.3, à. Ñ óâåëè÷åíèåì ÿêîðíîãî òîêà (íàãðóçêè) íàïðÿæåíèå íà ãåíåðàòîðå ñíèæàåòñÿ. Ýòî îáúÿñíÿåòñÿ äâóìÿ ïðè÷èíàìè. Íàïðÿæåíèå íà ãåíåðàòîðå ðàâíî ÝÄÑ ÿêîðÿ çà âû÷åòîì ïàäåíèÿ íàïðÿæåíèÿ â ÿêîðíîé öåïè: U = E a - ra I a . (23.1) Ñ ðîñòîì íàãðóçêè, âî-ïåðâûõ, óâåëè÷èâàåòñÿ ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ ràIà, à âî-âòîðûõ, óìåíüøàåòñÿ ÝÄÑ E â ñâÿçè ñ óìåíüøåíèåì ìàãíèòíîãî ïîòîêà èç-çà ðåàêöèè ÿêîðÿ. Ñíèæåíèå íàïðÿæåíèÿ ñ ðîñòîì íàãðóçêè ó ãåíåðàòîðîâ íåçàâèñèìîãî âîçáóæäåíèÿ íåâåëèêî. Ðèñ. 23.3. Õàðàêòåðèñòèêè ãåíåðàòîðà íåçàâèñèìîãî âîçáóæäåíèÿ: à — âíåøíÿÿ; á — ðåãóëèðîâî÷íàÿ Îòíîñèòåëüíîå èçìåíåíèå íàïðÿæåíèÿ ïðè ïåðåõîäå îò õîëîñòîãî õîäà ê íîìèíàëüíîé íàãðóçêå DU % = U 0 - U íîì 100% U íîì ëåæèò â ïðåäåëàõ 5–15 %. Åñëè óâåëè÷èâàòü òîê ÿêîðÿ ãåíåðàòîðà, óìåíüøàÿ ñîïðîòèâëåíèå âíåøíåé öåïè ãåíåðàòîðà âïëîòü äî íóëÿ, òî ïðè R âí = 0 íàñòóïèò êîðîòêîå çàìûêàíèå, íàïðÿæåíèå íà ãåíåðàòîðå áóäåò ðàâíî íóëþ, à òîê ÿêîðÿ — òîêó êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ Iê. Ïîñêîëüêó ñîïðîòèâëåíèå ÿêîðÿ ìàëî, òî òîê êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ î÷åíü âåëèê: äîõîäèò äî 10–15-êðàòíîãî çíà÷åíèÿ ïî îòíî257 øåíèþ ê íîìèíàëüíîìó òîêó. Ïîýòîìó êîðîòêîå çàìûêàíèå ïðåäñòàâëÿåò äëÿ ãåíåðàòîðà áîëüøóþ îïàñíîñòü. Ðåãóëèðîâî÷íàÿ õàðàêòåðèñòèêà (ðèñ. 23.3, á) ÿâëÿåòñÿ çàâèñèìîñòüþ I â = f (I à ) ïðè U = const è n = const. Îíà ïîêàçûâàåò, êàê íàäî èçìåíÿòü òîê âîçáóæäåíèÿ ñ ðîñòîì íàãðóçêè, ÷òîáû ïîääåðæèâàòü íàïðÿæåíèå íà ãåíåðàòîðå ïîñòîÿííûì. ×òîáû êîìïåíñèðîâàòü óâåëè÷èâàþùååñÿ ñ íàãðóçêîé ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ â ÿêîðå è ðåàêöèè ÿêîðÿ, ÝÄÑ ÿêîðÿ, à çíà÷èò, è òîê âîçáóæäåíèÿ íåîáõîäèìî óâåëè÷èâàòü. ÂÎÏÐÎÑÛ 23.2.1. Óêàæèòå ïðèìåðíîå ñîîòíîøåíèå ñêîðîñòåé ãåíåðàòîðà, ïðè êîòîðûõ ñíÿòû õàðàêòåðèñòèêè õîëîñòîãî õîäà, ïîêàçàííûå íà ðèñ. 23.4. à) n1 = 1, 25n 2 ; á) n1 = n 2 ; â) n1 = 0, 8 n 2 . 23.2.2. Êðèâàÿ 1 íà ðèñ. 23.5 — âíåøíÿÿ õàðàêòåðèñòèêà ãåíåðàòîðà, ñíÿòàÿ ïðè òîêå âîçáóæäåíèÿ Iâ1. Êîòîðàÿ èç êðèâûõ: 2 èëè 3 — ÿâëÿåòñÿ âíåøíåé õàðàêòåðèñòèêîé òîãî æå ãåíåðàòîðà ïðè òîêå âîçáóæäåíèÿ I â2 > I â1 ? à) êðèâàÿ 3; á) êðèâàÿ 2. Ðèñ. 23.4. Õàðàêòåðèñòèêè õîëîñòîãî õîäà Ðèñ. 23.5. Âíåøíèå õàðàêòåðèñòèêè ãåíåðàòîðà íåçàâèñèìîãî âîçáóæäåíèÿ 23.2.3. ×åìó ðàâíî íàïðÿæåíèå ïðè õîëîñòîì õîäå ãåíåðàòîðà, åñëè ïðè íîìèíàëüíîì òîêå ÿêîðÿ I àí = 50 A íàïðÿæåíèå U íîì = 230 B? Ñîïðîòèâëåíèå öåïè ÿêîðÿ r2 = 0, 2 Îì, ìàãíèò258 íûé ïîòîê îäíîãî ïîëþñà ïðè íîìèíàëüíîé íàãðóçêå ðàâåí 96 % ïîòîêà ïðè õîëîñòîì õîäå. Ñêîðîñòü ãåíåðàòîðà ïîñòîÿííàÿ. à) 240 Â; á) 250 Â; â) 230 Â. 23.3. Ãåíåðàòîð ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ 23.3.1. Óñëîâèÿ ñàìîâîçáóæäåíèÿ Ãåíåðàòîð ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ ÿâëÿåòñÿ ãåíåðàòîðîì ñ ñàìîâîçáóæäåíèåì. Äëÿ îñóùåñòâëåíèÿ ñàìîâîçáóæäåíèÿ íåîáõîäèìî ñîáëþäàòü ðÿä óñëîâèé, ê êîòîðûì ïðåæäå âñåãî îòíîñèòñÿ íàëè÷èå îñòàòî÷íîãî ìàãíåòèçìà â ìàãíèòíîé öåïè ìàøèíû. Íà ðèñ. 23.6 1 — õàðàêòåðèñòèêà õîëîñòîãî õîäà, à 2 — âîëüòàìïåðíàÿ õàðàêòåðèñòèêà öåïè âîçáóæäåíèÿ, U â = râi â , ãäå Uâ — íàïðÿæåíèå íà öåïè âîçáóæäåíèÿ; râ = const — ñîïðîòèâëåíèå ýòîé öåïè. Ïðîöåññ ñàìîâîçáóæäåíèÿ ïðè ðàáîòå âõîëîñòóþ ïðîòåêàåò ñëåäóþùèì îáðàçîì.  íà÷àëüíûé ìîìåíò â ÿêîðå ãåíåðàòîðà ïðè åãî âðàùåíèè â ïîëå îñòàòî÷íîãî ìàãíåòèçìà èíäóêòèðóåòñÿ ÝÄÑ Uîñò, êîòîðàÿ äàåò òîê â öåïè âîçáóæäåíèÿ, ðàâíûé â ñîîòâåòñòâèè ñ âîëüòàìïåðíîé õàðàêòåðèñòèêîé i ⢠. Ïðè òîêå âîçáóæäåíèÿ i ⢠ñîãëàñíî õàðàêòåðèñòèêå õîëîñòîãî õîäà íàïðÿæåíèå íà ÿêîðå ïîâûñèòñÿ äî çíà÷åíèÿ U 0¢ , ÷òî, â ñâîþ î÷åðåäü, âûçîâåò óâåëè÷åíèå òîêà âîçáóæäåíèÿ è äàëüíåéøåå óâåëè÷åíèå íàïðÿæåíèÿ U0. Íåïðåðûâíîå óâåëè÷åíèå òîêà âîçáóæäåíèÿ îáóñëàâëèâàåò ïîÿâëåíèå â îáìîòêå âîçáóæäåíèÿ ÝÄÑ ñàìîèíäóêöèè eL = - d(Lâi â ) . dt Íàïðÿæåíèå íà öåïè âîçáóæäåíèÿ u â = râi â + d(Lâi â ) . dt 259 Ðèñ. 23.6. Ñàìîâîçáóæäåíèå ãåíåðàòîðà ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ: 1 — õàðàêòåðèñòèêà õîëîñòîãî õîäà, 2 — âîëüòàìïåðíàÿ õàðàêòåðèñòèêà öåïè âîçáóæäåíèÿ Ïðîöåññ ñàìîâîçáóæäåíèÿ çàêîí÷èòñÿ â òî÷êå À (ñì. ðèñ. 23.6), êîãäà íàïðÿæåíèå íà öåïè âîçáóæäåíèÿ Uâ ñòàíåò ðàâíûì ïàäåíèþ íàïðÿæåíèÿ â ýòîé öåïè: U â = râ I â . Ñëåäóþùèì óñëîâèåì ñàìîâîçáóæäåíèÿ ÿâëÿåòñÿ ïðàâèëüíîå ïîäêëþ÷åíèå îáìîòêè âîçáóæäåíèÿ ê ÿêîðþ. Òîê âîçáóæäåíèÿ, ñîçäàâàåìûé íàïðÿæåíèåì íà ÿêîðå, äîëæåí áûòü òàêîãî íàïðàâëåíèÿ, ïðè êîòîðîì îí óñèëèâàåò îñòàòî÷íîå ìàãíèòíîå ïîëå, à íå äåéñòâóåò åìó íàâñòðå÷ó. Òðåòüå óñëîâèå ñàìîâîçáóæäåíèÿ ôîðìóëèðóåòñÿ òàê: ñîïðîòèâëåíèå öåïè âîçáóæäåíèÿ äîëæíî áûòü ìåíüøå êðèòè÷åñêîãî. Ñîïðîòèâëåíèå öåïè âîçáóæäåíèÿ íà ðèñ. 23.6 â îïðåäåëåííîì ìàñøòàáå èçîáðàæàåòñÿ òàíãåíñîì óãëà a, îáðàçîâàííîãî âîëüò-àìïåðíîé õàðàêòåðèñòèêîé è îñüþ àáñöèññ: râ = 260 Uâ = tg a. Iâ Ñ óâåëè÷åíèåì ñîïðîòèâëåíèÿ râ âîëüòàìïåðíàÿ õàðàêòåðèñòèêà èäåò êðó÷å, ãåíåðàòîð âîçáóæäàåòñÿ äî ìåíüøåãî íàïðÿæåíèÿ (òî÷êè A ¢ è A ¢¢). Êðèòè÷åñêèì ñîïðîòèâëåíèåì íàçûâàåòñÿ ñîïðîòèâëåíèå öåïè âîçáóæäåíèÿ, ïðè êîòîðîì âîëüòàìïåðíàÿ õàðàêòåðèñòèêà èäåò ïî êàñàòåëüíîé ê íà÷àëüíîìó (ëèíåéíîìó) ó÷àñòêó õàðàêòåðèñòèêè õîëîñòîãî õîäà. Ãåíåðàòîð ïðè ýòîì óñòîé÷èâî íå âîçáóæäàåòñÿ. Êðîìå òîãî, íàäî èìåòü â âèäó, ÷òî ñêîðîñòü ãåíåðàòîðà òîæå íå äîëæíà áûòü íèæå îïðåäåëåííîãî ïðåäåëà. Èíà÷å ãåíåðàòîð íå âîçáóæäàåòñÿ. ÂÎÏÐÎÑÛ 23.3.1.1. Íåñìîòðÿ íà íàëè÷èå îñòàòî÷íîãî ìàãíèòíîãî ïîòîêà è ñîïðîòèâëåíèå öåïè âîçáóæäåíèÿ, ìåíüøåå êðèòè÷åñêîãî, âïîëíå èñïðàâíûé ãåíåðàòîð íå âîçáóæäàåòñÿ. ×òî íàäî ñäåëàòü, ÷òîáû îí âîçáóäèëñÿ? 23.3.1.2. Ãåíåðàòîð ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ, ðàáîòàÿ âõîëîñòóþ ñî ñêîðîñòüþ n1, âîçáóæäàåòñÿ äî íàïðÿæåíèÿ UÀ, ñîîòâåòñòâóþùåãî òî÷êå A (ñì. ðèñ. 23.6). Äî êàêîãî íàïðÿæåíèÿ âîçáóäèòñÿ ãåíåðàòîð ïðè ñêîðîñòè 0,5n1? à) UÀ; á) 0,5UÀ; â) íå âîçáóäèòñÿ. 23.3.2. Õàðàêòåðèñòèêè ãåíåðàòîðà ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ Âíåøíÿÿ õàðàêòåðèñòèêà ãåíåðàòîðà ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ èìååò âèä, ïîêàçàííûé íà ðèñ. 23.7. Ýòîò ãåíåðàòîð ìîæíî íàãðóçèòü ëèøü äî îïðåäåëåííîãî çíà÷åíèÿ ÿêîðíîãî òîêà, íàçûâàåìîãî êðèòè÷åñêèì òîêîì Iêð. Îáû÷íî I êð = 2…3Iíîì. Ïðè ïîïûòêàõ íàãðóçèòü åãî åùå áîëüøå òîê ÿêîðÿ íà÷èíàåò óìåíüøàòüñÿ è õàðàêòåðèñòèêà ïîâîðà÷èâàåòñÿ â îáðàòíóþ ñòîðîíó (ó÷àñòîê bc). Óñòàíîâèâøèéñÿ òîê êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ Iê (U = 0, I â = 0, Râí) îïðåäåëÿåòñÿ òîëüêî ïîòîêîì îñòàòî÷íîãî íàìàãíè÷èâàíèÿ, è ïîýòîìó îí íåâåëèê. Îòñþäà, îäíàêî, íå íàäî äåëàòü âûâîäà, ÷òî êîðîòêîå çàìûêàíèå äëÿ ãåíåðàòîðà ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæ261 äåíèÿ íå îïàñíî.  ïðîöåññå âíåçàïíîãî êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ òîê êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ, ïðåæäå ÷åì äîéòè äî óñòàíîâèâøåãîñÿ çíà÷åíèÿ, äîñòèãàåò âåñüìà áîëüøîé âåëè÷èíû (äî 15Iíîì), êðàéíå îïàñíîé äëÿ ìàøèíû. Ðàçáåðåìñÿ áîëåå ïîäðîáÐèñ. 23.7. Âíåøíÿÿ õàðàêòåðèñòèêà ãå- íî, ÷åì îáúÿñíÿåòñÿ òàêàÿ ôîðíåðàòîðà ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ: ìà âíåøíåé õàðàêòåðèñòèêè 1, 2 — ïàðàëëåëüíîå è íåçàâèñèìîå ãåíåðàòîðà ïàðàëëåëüíîãî âîçâîçáóæäåíèÿ ñîîòâåòñòâåííî áóæäåíèÿ. Ïðåæäå âñåãî íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî â îòëè÷èå îò ãåíåðàòîðà íåçàâèñèìîãî âîçáóæäåíèÿ çäåñü óæå íåëüçÿ ïðèíèìàòü I â = const, à íàäî ñ÷èòàòü ïîñòîÿííûì ñîïðîòèâëåíèå öåïè âîçáóæäåíèÿ: râ = const. (Óñëîâèå n = const, åñòåñòâåííî, îñòàåòñÿ â ñèëå). Òîê âîçáóæäåíèÿ â ýòîì ñëó÷àå ñ ðîñòîì íàãðóçêè áóäåò óìåíüøàòüñÿ, âñëåäñòâèå óâåëè÷åíèÿ ïàäåíèÿ íàïðÿæåíèÿ â ÿêîðå è ðåàêöèè ÿêîðÿ íàïðÿæåíèå íà ÿêîðå áóäåò ñíèæàòüñÿ. Óìåíüøåíèå òîêà âîçáóæäåíèÿ, â ñâîþ î÷åðåäü, òàêæå âûçîâåò äîïîëíèòåëüíîå óìåíüøåíèå íàïðÿæåíèÿ ãåíåðàòîðà. Òàêèì îáðàçîì, ïî ñðàâíåíèþ ñ ãåíåðàòîðîì íåçàâèñèìîãî âîçáóæäåíèÿ íàïðÿæåíèå ñ ðîñòîì íàãðóçêè ïðè ïàðàëëåëüíîì âîçáóæäåíèè áóäåò ïàäàòü áûñòðåå (ñì. ðèñ. 23.7, êðèâûå 1 è 2). Îòíîñèòåëüíîå èçìåíåíèå íàïðÿæåíèÿ ó ãåíåðàòîðà ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ äîõîäèò äî 15–20 %. Ïåðåãèá õàðàêòåðèñòèêè â òî÷êå b îáúÿñíÿåòñÿ ñëåäóþùèì îáðàçîì. Òîê ãåíåðàòîðà Ià = U íîì . R âí Ñ óâåëè÷åíèåì íàãðóçêè óìåíüøàþòñÿ ñîïðîòèâëåíèå âíåøíåé öåïè Râí, íàïðÿæåíèå íà ãåíåðàòîðå è òîê âîçáóæäåíèÿ. Ïîêà ìàãíèòíàÿ öåïü ãåíåðàòîðà îñòàåòñÿ íàñûùåííîé, íàïðÿæåíèå ãåíåðàòîðà ñ ðîñòîì íàãðóçêè óìåíüøàåòñÿ ìåäëåííåå, 262 ÷åì ñîïðîòèâëåíèå íàãðóçêè Râí, è òîê ÿêîðÿ ðàñòåò. Ãåíåðàòîð ðàáîòàåò íà ó÷àñòêå ab âíåøíåé õàðàêòåðèñòèêè. Êîãäà æå òîê âîçáóæäåíèÿ óìåíüøàåòñÿ äî òàêîé ñòåïåíè, ÷òî ìàøèíà ñòàíåò íåíàñûùåííîé (ñì. íà÷àëüíóþ êðóòóþ ÷àñòü êðèâîé õîëîñòîãî õîäà, ðèñ. 23.2), òî äàæå íåáîëüøîå óìåíüøåíèå òîêà âîçáóæäåíèÿ âûçûâàåò ðåçêîå ñíèæåíèå íàïðÿæåíèÿ.  ýòèõ óñëîâèÿõ íàïðÿæåíèå áóäåò ïàäàòü áûñòðåå, ÷åì óìåíüøàåòñÿ Râí, è òîê ÿêîðÿ áóäåò òàêæå óìåíüøàòüñÿ. Ãåíåðàòîð áóäåò ðàáîòàòü íà ó÷àñòêå bc âíåøíåé õàðàêòåðèñòèêè. Ðåãóëèðîâî÷íàÿ õàðàêòåðèñòèêà ãåíåðàòîðà ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ ïðàêòè÷åñêè íå îòëè÷àåòñÿ îò òàêîé æå õàðàêòåðèñòèêè ãåíåðàòîðà íåçàâèñèìîãî âîçáóæäåíèÿ. ÂÎÏÐÎÑÛ 23.3.2.1. Íà ðèñ. 23.8 ïîêàçàíû âíåøíèå õàðàêòåðèñòèêè ãåíåðàòîðà ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ, ñíÿòûå ïðè îäíîé è òîé æå ñêîðîñòè. Óêàæèòå ïðàâèëüíîå ñîîòíîøåíèå ñîïðîòèâëåíèé öåïè âîçáóæäåíèÿ. à) râ1 < râ2 < râ3 ; á) râ1 = râ2 = râ3 ; â) râ1 > râ2 > râ3 . 23.3.2.2. Íîìèíàëüíîå íàïðÿæåíèå ãåíåðàòîðà 230 Â. Íàïðÿæåíèå îò îñòàòî÷íîãî ìàãíèòíîãî ïîòîêà ñîñòàâëÿåò 5 % îò íîìèíàëüíîãî. Ñîïðîòèâëåíèå öåïè ÿêîðÿ 0,072 Îì. ×åìó Ðèñ. 23.8. Âíåøíèå õàðàêòåðèñòèêè ãåíåðàòîðà ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ ðàâåí óñòàíîâèâøèéñÿ òîê êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ? 23.3.2.3. Êàêèå õàðàêòåðèñòèêè îïðåäåëÿþò ñâîéñòâà ãåíåðàòîðîâ ïîñòîÿííîãî òîêà? 23.3.2.4. Ïî÷åìó ó ãåíåðàòîðà ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ èçìåíåíèå íàïðÿæåíèÿ ïðè ñáðîñå íàãðóçêè áîëüøå, ÷åì ó ãåíåðàòîðà íåçàâèñèìîãî âîçáóæäåíèÿ? 23.3.2.5. Êàêîâû óñëîâèÿ ñàìîâîçáóæäåíèÿ ãåíåðàòîðîâ ïîñòîÿííîãî òîêà? 263 23.4. Ãåíåðàòîð ñìåøàííîãî âîçáóæäåíèÿ Ãåíåðàòîð ñìåøàííîãî âîçáóæäåíèÿ (ñì. ðèñ. 23.1, ã) â äîïîëíåíèå ê îñíîâíîé ïàðàëëåëüíîé îáìîòêå âîçáóæäåíèÿ èìååò è ïîñëåäîâàòåëüíóþ îáìîòêó âîçáóæäåíèÿ, ÷åðåç êîòîðóþ ïðîõîäèò âåñü òîê ÿêîðÿ. Îáå îáìîòêè äåéñòâóþò ñîãëàñíî, è ñ ðîñòîì íàãðóçêè ïîñëåäîâàòåëüíàÿ îáìîòêà óâåëè÷èâàåò ìàãíèòíûé ïîòîê ãåíåðàòîpa. Òåì ñàìûì êîìïåíñèðóþòñÿ è âëèÿíèå ðåàêöèè ÿêîðÿ, è ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ â ÿêîðíîé öåïè.  ðåçóëüòàòå íàïðÿæåíèå íà ãåíåðàòîðå ïî÷òè ïîñòîÿííî Ðèñ. 23.9. Âíåøíÿÿ õàðàêòåðèñòèêà è î÷åíü ìàëî çàâèñèò îò íàãðóçãåíåðàòîðà ñìåøàííîãî âîçáóæäåíèÿ êè. Âíåøíÿÿ õàðàêòåðèñòèêà ãåíåðàòîðà â ñîîòâåòñòâèè ñ ýòèì èìååò âèä, ïîêàçàííûé íà ðèñ. 23.9. Âèä âíåøíåé õàðàêòåðèñòèêè îïðåäåëÿåò ñîáîé è âèä ðåãóëèðîâî÷íîé õàðàêòåðèñòèêè (ðèñ. 23.10). Iâ çäåñü — òîê âîçáóæäåíèÿ ïàðàëëåëüíîé îáìîòêè. Ãåíåðàòîð ñìåøàííîãî âîçáóæäåíèÿ ÿâëÿåòñÿ íàèáîëåå ñîâåðøåííûì èç âñåõ òèïîâ ãåíåðàòîðà ïîñòîÿííîãî òîêà, íî óñòðîéñòâî âòîðîé ïîñëåäîâàòåëüíîé îáìîòêè âîçáóæäåíèÿ óäîðîæàåò ìàøèíó. Ðèñ. 23.10. Ðåãóëèðîâî÷íàÿ õàðàêòåðèñòèêà ãåíåðàòîðà 264 Ðèñ. 23.11. Âíåøíèå õàðàêòåðèñòèêè ãåíåðàòîðà ñìåøàííîãî âîçáóæäåíèÿ ÂÎÏÐÎÑÛ 23.4.1. ×òî íàäî ñäåëàòü, ÷òîáû ó ãåíåðàòîðà ñìåøàííîãî âîçáóæäåíèÿ âìåñòî õàðàêòåðèñòèêè 1 (ðèñ. 23.11) ïîëó÷èòü õàðàêòåðèñòèêó 2? 23.4.2. Êàêàÿ îøèáêà áûëà äîïóùåíà ïðè ïîäêëþ÷åíèè îáìîòîê âîçáóæäåíèÿ ê ÿêîðþ, åñëè âíåøíÿÿ õàðàêòåðèñòèêà ãåíåðàòîðà ïðèîáðåëà âèä êðèâîé 3 (ñì. ðèñ. 23.11)? Ëåêöèÿ 24 ÄÂÈÃÀÒÅËÈ ÏÎÑÒÎßÍÍÎÃÎ ÒÎÊÀ 24.1. Ïðèíöèï äåéñòâèÿ äâèãàòåëÿ ïîñòîÿííîãî òîêà. Âðàùàþùèé ìîìåíò Ïîäîáíî äðóãèì ýëåêòðè÷åñêèì ìàøèíàì ìàøèíà ïîñòîÿííîãî òîêà îáðàòèìà, ò. å. ìîæåò ðàáîòàòü êàê ãåíåðàòîðîì, òàê è äâèãàòåëåì. Äåéñòâèòåëüíî, åñëè ïî ÿêîðíûì ïðîâîäíèêàì âîçáóæäåííîé ìàøèíû ïðîïóñòèòü òîê, òî â ñîîòâåòñòâèè ñ çàêîíîì ýëåêòðîìàãíèòíûõ ñèë íà ïðîâîäíèêè ñî ñòîðîíû ìàãíèòíîãî ïîëÿ áóäóò äåéñòâîâàòü ìåõàíè÷åñêèå ñèëû, íàïðàâëåíèå êîòîðûõ îïðåäåëèòñÿ ïðàâèëîì ëåâîé ðóêè (ðèñ. 24.1). Ýòè ñèëû ñîçäàäóò íà ÿêîðå âðàùàþùèé ìîìåíò, ïîä äåéñòâèåì êîòîðîãî ÿêîðü íà÷íåò âðàùàòüñÿ. Âåëè÷èíà ýòîãî ìîìåíòà ìîæåò áûòü îïðåäåëåíà òàêèì îáðàçîì. Ìîìåíò, ñîçäàâàåìûé îäíèì ÿêîðíûì ïðîâîäíèêîì, Ðèñ. 24.1. Ïðèíöèï äåéñòâèÿ äâèãàòåëÿ ïîñòîÿííîãî òîêà M ïð = Fïð Da , 2 (24.1) ãäå Da — äèàìåòð ÿêîðÿ; Fïð — ñðåäíåå çíà÷åíèå ñèëû, äåéñòâóþùåé íà ïðîâîäíèê, 266 Fïð = B ñð lI ïð . Òîê â ïðîâîäíèêå ÿêîðíîé îáìîòêè I ïð = Ia . 2a Èç ðàâåíñòâà pD a = 2 pt ïîëó÷èì äèàìåòð ÿêîðÿ Da = 2 pt . p Ïîäñòàâëÿÿ â (24.1) ïîëó÷åííûå çíà÷åíèÿ Fïð, Iïð è Da, íàéäåì M ïð = p B ñð ltI a , 2pa èëè, ó÷èòûâàÿ, ÷òî B ñð lt = F, M ïð = p FI a . 2pa Ïîëíûé ýëåêòðîìàãíèòíûé ìîìåíò, ðàçâèâàåìûé ÿêîðåì ïðè ÷èñëå ïðîâîäíèêîâ ÿêîðíîé îáìîòêè, ðàâíîì N, áóäåò ñëåäóþùèì: pN (24.2) M= FI a = c Ì FI a . 2pa Ïîñòîÿííûé äëÿ äàííîé ìàøèíû êîýôôèöèåíò CÌ = pN 2pa (24.3) íàçûâàåòñÿ êîýôôèöèåíòîì ìîìåíòà. Âûðàæåíèå (24.2) ÿâëÿåòñÿ îáùèì è ñïðàâåäëèâî äëÿ ëþáîãî ðåæèìà ðàáîòû ìàøèíû.  ãåíåðàòîðíîì ðåæèìå ìîìåíò, îïðåäåëÿåìûé ýòèì âûðàæåíèåì, áóäåò òîðìîçíûì. Îí ïðåîäîëåâàåòñÿ âðàùàþùèì ìîìåíòîì ïåðâè÷íîãî äâèãàòåëÿ. Ïîëåçíûé ìîìåíò äâèãàòåëÿ íà âàëó íåñêîëüêî ìåíüøå ýëåêòðîìàãíèòíîãî ìîìåíòà, íî ðàçíèöà íåâåëèêà.  äàëüíåéøåì ðå÷ü ïîéäåò îá ýëåêòðîìàãíèòíîì ìîìåíòå. 267 ÂÎÏÐÎÑÛ 24.1.1. Èçìåíèòñÿ ëè òîê ÿêîðÿ äâèãàòåëÿ, åñëè ïðè ïîñòîÿííîì ìîìåíòå ñîïðîòèâëåíèÿ íà âàëó óâåëè÷èòü òîê âîçáóæäåíèÿ? à) íå èçìåíèòñÿ; á) óâåëè÷èòñÿ; â) óìåíüøèòñÿ. 24.1.2. Êàêîâî ñîîòíîøåíèå êîýôôèöèåíòîâ ÝÄÑ Cå è ìîìåíòà CM â ìàøèíå ïîñòîÿííîãî òîêà? à) C e < C M ; á) C e = C M ; â) C e > C M . 24.2. ÏðîòèâîÝÄÑ, òîê ÿêîðÿ è ñêîðîñòü âðàùåíèÿ äâèãàòåëÿ ïîñòîÿííîãî òîêà Ïðè âðàùåíèè ÿêîðÿ â ìàãíèòíîì ïîëå äâèãàòåëÿ â ÿêîðíîé îáìîòêå, êàê è â ãåíåðàòîðíîì ðåæèìå, áóäåò èíäóêòèðîâàòüñÿ ÝÄÑ, âåëè÷èíà êîòîðîé îïðåäåëÿåòñÿ âûðàæåíèåì (20.3). Îïðåäåëèâ íàïðàâëåíèå ýòîé ÝÄÑ ïî ïðàâèëó ïðàâîé ðóêè (ñì. ðèñ. 24.1), íåòðóäíî çàìåòèòü, ÷òî ÝÄÑ íàïðàâëåíà ïðîòèâ òîêà è íàïðÿæåíèÿ, ïîäàííîãî íà ÿêîðü, ò. å. áóäåò ïðîòèâîýëåêòðîäâèæóùåé ñèëîé. Òîãäà óðàâíåíèå íàïðÿæåíèé äëÿ ÿêîðíîé öåïè äâèãàòåëÿ íàïèøåòñÿ òàê: U - E a = ra I a , èëè U = E a + ra I a . (24.4) Îòñþäà òîê ÿêîðÿ äâèãàòåëÿ Ia = U -Ea . ra (24.5) Ïîäñòàâëÿÿ â (24.4) âåëè÷èíó ÝÄÑ èç (20.3), ïîëó÷èì ÷èñëî îáîðîòîâ äâèãàòåëÿ â ìèíóòó: n= 268 U - ra I a . C eF (24.6) ÂÎÏÐÎÑÛ 24.2.1. Îäèíàêîâû ëè ÝÄÑ ìàøèíû â ãåíåðàòîðíîì (Eã) è äâèãàòåëüíîì (Eä) ðåæèìàõ, åñëè íàïðÿæåíèå íà ÿêîðå è ÿêîðíûé òîê â îáîèõ ñëó÷àÿõ îäèíàêîâû? a) E ã = E ä ; á) E ã > E ä ; â) E ã < E ä . 24.2.2. Èçìåíÿåòñÿ ëè òîê ÿêîðÿ äâèãàòåëÿ ïðè óìåíüøåíèè ÷èñëà îáîðîòîâ äâèãàòåëÿ â ìèíóòó? Íàïðÿæåíèå íà äâèãàòåëå è òîê âîçáóæäåíèÿ ïîñòîÿííû. à) óâåëè÷èâàåòñÿ; á) óìåíüøàåòñÿ; â) îñòàåòñÿ ïîñòîÿííûì. 24.2.3. Îïðåäåëèòå ýëåêòðîìàãíèòíûé ìîìåíò äâèãàòåëÿ â íîìèíàëüíîì ðåæèìå. Äàííûå äâèãàòåëÿ: Píîì = 6 êÂò, U íîì = 220 Â, I a.íîì = 32, 2 À, n íîì = 150 îá/ìèí, ra = 0,57 Îì. 24.3. Äâèãàòåëü ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ Îñíîâíûå òèïû äâèãàòåëåé ïîñòîÿííîãî òîêà òå æå, ÷òî è ãåíåðàòîðîâ (ñì. ïîäðàçä. 23.1) è îïðåäåëÿþòñÿ îíè òàê æå — ñïîñîáîì ïèòàíèÿ îáìîòêè âîçáóæäåíèÿ. Îäíàêî ïî ñâîèì ñâîéñòâàì è õàðàêòåðèñòèêàì äâèãàòåëü íåçàâèñèìîãî âîçáóæäåíèÿ è äâèãàòåëü ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ äðóã îò äðóãà ïðàêòè÷åñêè íå îòëè÷àþòñÿ. Ïîýòîìó çäåñü áóäåì ðàññìàòðèâàòü òîëüêî äâèãàòåëü ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ. Ñõåìà âêëþ÷åíèÿ äâèãàòåëÿ ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ äàíà íà ðèñ. 24.2. Îñíîâíûìè õàðàêòåðèñòèêàìè äâèãàòåëÿ ïîñòîÿííîãî òîêà ÿâëÿþòñÿ: à) ñêîðîñòíàÿ, n = f (I a ); Ðèñ. 24.2. Ñõåìà âêëþ÷åíèÿ äâèãàòåëÿ ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ (Ï. Ñ., Ð. Ñ.— ïóñêîâîå è ðåãóëèðîâî÷íîå ñîïðîòèâëåíèÿ) 269 á) ìåõàíè÷åñêàÿ, n = f ( M ). Ïðè ýòîì íàïðÿæåíèå íà äâèãàòåëå U = const, à äëÿ äâèãàòåëÿ ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ è I â = const. Óðàâíåíèåì ñêîðîñòíîé õàðàêòåðèñòèêè ÿâëÿåòñÿ âûðàæåíèå (24.6), êîòîðîå ìîæíî íàïèñàòü òàê: n= U r r - a I a = n0 - a I a , C eF C eF C eF (24.7) U — ñêîðîñòü èäåàëüíîãî õîëîñòîãî õîäà. C eF Ìàãíèòíûé ïîòîê äâèãàòåëÿ ñ ðîñòîì ÿêîðíîãî òîêà áóäåò íåñêîëüêî óìåíüøàòüñÿ âñëåäñòâèå ïîïåðå÷íîé ðåàêöèè ÿêîðÿ. Îäíàêî, âî-ïåðâûõ, ýòî óìåíüøåíèå áóäåò íåçíà÷èòåëüíûì, à âî-âòîðûõ, ñîâðåìåííûå äâèãàòåëè ñíàáæàþòñÿ íåáîëüøîé ïîñëåäîâàòåëüíîé îáìîòêîé (òàê íàçûâàåìîé ñòàáèëèçèðóþùåé), êîòîðàÿ êîìïåíñèðóåò â òîé èëè èíîé ìåðå âëèÿíèå ðåàêöèè ÿêîðÿ. Ïîýòîìó ìàãíèòíûé ïîòîê äâèãàòåëÿ ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ áóäåì ñ÷èòàòü ïîñòîÿííûì. Òîãäà ñêîðîñòíàÿ õàðàêòåðèñòèêà ïðèîáðåòàåò ëèíåéíûé õàðàêòåð (ðèñ. 24.3). Òàê êàê ñîïðîòèâëåíèå ÿêîðÿ íåâåëèêî, òî ïåðåïàä ñêîðîñòè ãäå n 0 = Dn = ra Ia Ñ eF ïðè ïåðåõîäå îò õîëîñòîãî õîäà ê íàãðóçêå òàêæå íåâåëèê. Ïðè ðàáîòå íà åñòåñòâåííîé õàðàêòåðèñòèêå (íàïðÿæåíèå íà äâèãàòåëå íîìèíàëüíîå, Ðèñ. 24.3. Ñêîðîñòíàÿ è ìåõàíè÷åñêàÿ äîáàâî÷íûå ñîïðîòèâëåíèÿ â õàðàêòåðèñòèêè äâèãàòåëÿ ïàðàëëåëü- öåïÿõ äâèãàòåëÿ îòñóòñòâóþò) íîãî âîçáóæäåíèÿ ñíèæåíèå ñêîðîñòè ïðè ïåðåõîäå îò õîëîñòîãî õîäà ê íîìèíàëüíîé íàãðóçêå ðàâíî ïðèìåðíî 5–8 %. Óðàâíåíèå ìåõàíè÷åñêîé õàðàêòåðèñòèêè ìîæíî ïîëó÷èòü èç (24.7) è (24.2): 270 n= U ra M. C e F C M FC e F (24.8) Ïðè óñëîâèè ïîñòîÿíñòâà ïîòîêà ýòà õàðàêòåðèñòèêà òàêæå áóäåò ëèíåéíîé è âïîëíå ïîäîáíîé ñêîðîñòíîé õàðàêòåðèñòèêå. Òàêèå ïîëîãèå õàðàêòåðèñòèêè, êîãäà ñêîðîñòü ñ ðîñòîì íàãðóçêè ïàäàåò íåçíà÷èòåëüíî, íàçûâàþòñÿ æåñòêèìè õàðàêòåðèñòèêàìè. Òàê êàê äâèãàòåëè ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ èìåþò æåñòêóþ õàðàêòåðèñòèêó, îíè ïðèìåíÿþòñÿ äëÿ ïðèâîäà òåõ ìàøèí, êîòîðûå òðåáóþò áîëåå èëè ìåíåå ïîñòîÿííóþ ñêîðîñòü (÷àùå âñåãî äëÿ ïðèâîäà ìåòàëëîðåæóùèõ ñòàíêîâ). ÂÎÏÐÎÑÛ 24.3.1. Ìîæíî ëè ïðè ïîñòîÿííîì íàïðÿæåíèè íà äâèãàòåëå óâåëè÷èòü ñêîðîñòü èäåàëüíîãî õîëîñòîãî õîäà? à) íåëüçÿ; á) ìîæíî. 24.3.2. Êàê ñäåëàòü ìåõàíè÷åñêóþ õàðàêòåðèñòèêó äâèãàòåëÿ áîëåå êðóòîé? 24.3.3. Âî ñêîëüêî ðàç ïî ñðàâíåíèþ ñ íîìèíàëüíîé íàãðóçêîé óâåëè÷àòñÿ ïîòåðè â ÿêîðå äâèãàòåëÿ ïðè äâóêðàòíîé ïåðåãðóçêå ïî ìîìåíòó? à) â äâà ðàçà; á) â ÷åòûðå ðàçà; â) â 2 ðàç. 24.4. Äâèãàòåëü ïîñëåäîâàòåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ Äâèãàòåëü ïîñëåäîâàòåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ, â îòëè÷èå îò ãåíåðàòîðà ïîñëåäîâàòåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ, øèðîêî ðàñïðîñòðàíåí. Îñîáåííîñòüþ ýòîãî äâèãàòåëÿ (ðèñ. 24.4) ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî ó íåãî òîê ÿêîðÿ è òîê âîçáóæäåíèÿ — ýòî îäèí è òîò æå òîê: Iâ = Ià. Òàêèì îáðàçîì, ïîòîê â äâèãàòåëå ïîñëåäîâàòåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ áóäåò èçìåíÿòüñÿ â çàâèñèìîñòè îò òîêà ÿêîðÿ.  ñîîòâåòñòâèè ñ ýòèì ñêîðîñòíàÿ õàðàêòåðèñòèêà äâèãàòåëÿ, îïðåäåëÿåìàÿ òåì æå âûðàæåíèåì (24.6), áóäåò óæå íåëèíåéíîé (ðèñ. 24.5). Ïðè èäåàëüíîì õîëîñòîì õîäå (I a = 0 è F = 0) ñêî271 ðîñòü äâèãàòåëÿ n = ¥. Ïðè ðåàëüíîì õîëîñòîì õîäå ñ ó÷åòîì ïîòîêà îñòàòî÷íîãî íàìàãíè÷èâàíèÿ è ïîòðåáëåíèÿ ÿêîðåì íåáîëüøîãî òîêà õîëîñòîãî õîäà ñêîðîñòü áóäåò êîíå÷íîé, íî ÷ðåçìåðíî áîëüøîé. Ïîýòîìó ðàáîòà äâèãàòåëÿ ïîñëåäîâàòåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ âõîëîñòóþ íåäîïóñòèìà. Íàèìåíüøåé äîïóñòèìîé íàãðóçêîé ìîæíî ñ÷èòàòü íàãðóçêó ïðèìåðíî â 20 % îò íîìèíàëüíîé ìîùíîñòè. Ñ óâåëè÷åíèåì íàãðóçêè (òîêà ÿêîðÿ) ñêîðîñòü äâèãàòåëÿ íà÷èíàåò áûñòðî óìåíüøàòüñÿ â ñâÿçè ñ ïðîïîðöèîíàëüÐèñ. 24.4. Ñõåìà âêëþ÷å- íûì òîêó ÿêîðÿ óâåëè÷åíèåì ìàãíèòíîãî íèÿ äâèãàòåëÿ ïîñëåäîïîòîêà. Ñêîðîñòíàÿ õàðàêòåðèñòèêà, òàâàòåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ (Ï. Ñ.— ïóñêîâîå ñîïðî- êèì îáðàçîì, ÿâëÿåòñÿ ãèïåðáîëîé. Òàêèå òèâëåíèå) õàðàêòåðèñòèêè, ó êîòîðûõ ñêîðîñòü ñ ðîñòîì íàãðóçêè ïàäàåò áûñòðî, íàçûâàþòñÿ ìÿãêèìè. Îäíàêî ïðè äîñòàòî÷íî áîëüøîé íàãðóçêå (I a > 0, 8 I íîì ) ìàãíèòíàÿ öåïü äâèãàòåëÿ ñòàíîâèòñÿ íàñûùåííîé, è íàðàñòàíèå ìàãíèòíîãî ïîòîêà çàìåäëÿåòñÿ. Õàðàêòåðèñòèêà îòêëîíÿåòñÿ îò ãèïåðáîëû è ñòàíîâèòñÿ áîëåå æåñòêîé. Âðàùàþùèé ìîìåíò äâèãàòåëÿ ïîñëåäîâàòåëüíîãî âîçáóÐèñ. 24.5. Ñêîðîñòíàÿ õàðàêòåðèñòèæäåíèÿ, ïîêà îí ðàáîòàåò íåíà- êà äâèãàòåëÿ ïîñëåäîâàòåëüíîãî âîçñûùåííûì, ïðîïîðöèîíàëåí áóæäåíèÿ êâàäðàòó òîêà ÿêîðÿ: M = C M FI a = Ê M I a2 , ãäå Ê M = C M Ê F .  íàñûùåííîì äâèãàòåëå êâàäðàòè÷íàÿ çàâèñèìîñòü ìîìåíòà îò òîêà ÿêîðÿ ìåñòà íå èìååò, íî âñå ðàâíî ìîìåíò óâåëè÷èâà272 åòñÿ ñ ðîñòîì òîêà ÿêîðÿ áûñòðåå, ÷åì óâåëè÷èâàåòñÿ òîê.  ñâÿçè ñ ýòèì äâèãàòåëü ïîñëåäîâàòåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ õîðîøî ïåðåíîñèò íàãðóçêè. Ìåõàíè÷åñêàÿ õàðàêòåðèñòèêà äâèãàòåëÿ ïîñëåäîâàòåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ, n = f ( M ), ïî ñâîèì î÷åðòàíèÿì ïîõîäèò íà ñêîðîñòíóþ. Äâèãàòåëè ïîñëåäîâàòåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ øèðîêî ïðèìåíÿþòñÿ òàì, ãäå ÷àñòî âñòðå÷àþòñÿ ïåðåãðóçêè, íî èñêëþ÷åíà âîçìîæíîñòü õîëîñòîãî õîäà (ýëåêòðîâîçû, òðàìâàè, òðîëëåéáóñû, ïîäúåìíî-òðàíñïîðòíûå ìàøèíû). ÂÎÏÐÎÑÛ 24.4.1.  êàêîì ñëó÷àå ÷èñëî âèòêîâ îáìîòêè âîçáóæäåíèÿ áîëüøå: ïðè ïîñëåäîâàòåëüíîì âîçáóæäåíèè w ñ èëè ïðè ïàðàëëåëüíîì w ø ?. à) w ñ > w ø ; á) w ñ < w ø . 24.4.2. Ìîæåò ëè äâèãàòåëü ïîñëåäîâàòåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ, ðàáîòàÿ áåç êàêèõ-ëèáî äîáàâî÷íûõ ñîïðîòèâëåíèé, èìåòü íîìèíàëüíûé ìîìåíò ïðè òîêå ÿêîðÿ, îòëè÷àþùåìñÿ îò íîìèíàëüíîãî? à) íå ìîæåò; á) ìîæåò. 24.4.3. Äâèãàòåëü ïîñëåäîâàòåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ ñ íîìèíàëüíûìè äàííûìè Píîì = 6 êÂò, U íîì = 220 Â, I íîì = 36 À, n íîì = 850 îá/ìèí, ðàáîòàåò, ra = 0, 87 Îì ïîòðåáëÿÿ èç ñåòè òîê 25,2 À. Îïðåäåëèòü ñêîðîñòü äâèãàòåëÿ. Çàâèñèìîñòü ìàãíèòíîãî ïîòîêà îò òîêà ÿêîðÿ äâèãàòåëÿ Ðèñ. 24.6. Ìàãíèòíàÿ õàðàêòåðèñòèêà äâèãàäàíà íà ðèñ. 24.6. òåëÿ ïîñëåäîâàòåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ 273 24.5. Äâèãàòåëü ñìåøàííîãî âîçáóæäåíèÿ Äâèãàòåëü ñìåøàííîãî âîçáóæäåíèÿ èìååò äâå îáìîòêè âîçáóæäåíèÿ (ðèñ. 24.7): ïàðàëëåëüíóþ è ïîñëåäîâàòåëüíóþ, âêëþ÷åííûå ñîãëàñíî. Ïàðàëëåëüíàÿ îáìîòêà îáåñïå÷èâàåò äîñòàòî÷íûé ìàãíèòíûé ïîòîê ïðè õîëîñòîì õîäå äâèãàòåëÿ, à ñëåäîâàòåëüíî, è âîçìîæíîñòü ðàáîòû âõîëîñòóþ. Íàëè÷èå ïîñëåäîâàòåëüíîé îáìîòêè äåëàåò ñêîðîñòíóþ è ìåõàíè÷åñêóþ õàðàêòåðèñòèêè äâèãàòåëÿ áîëåå ìÿãêèìè è ñîîáùàåò äâèãàòåëþ ñïîñîáíîñòü ëåã÷å ïåðåíîñèòü ïåðåãðóçêè. Ñêîðîñòíàÿ õàðàêòåðèñòèêà äâèãàòåëÿ ñìåøàííîãî âîçáóæäåíèÿ çàíèìàåò ïðîìåæóòî÷íîå ïîëîæåíèå ìåæäó õàðàêòåðèñòèêàìè äâèãàòåëåé Ðèñ. 24.7. Ñõåìà âêëþ- ïàðàëëåëüíîãî è ïîñëåäîâàòåëüíîãî âîç÷åíèÿ äâèãàòåëÿ ñìåáóæäåíèÿ (ðèñ. 24.8). Ñîîòíîøåíèå íàìàãøàííîãî âîçáóæäåíèÿ (Ï. Ñ., Ð. Ñ.— ïóñêîâîå íè÷èâàþùèõ ñèë (àìïåð-âèòêîâ) îáåèõ îáè ðåãóëèðîâî÷íîå ñî- ìîòîê ÷àùå âñåãî âûáèðàåòñÿ òàê, ÷òîáû ïðîòèâëåíèÿ) ïðè íîìèíàëüíîì òîêå îíè áûëè ðàâíû. Äâèãàòåëè ñìåøàííîãî âîçáóæäåíèÿ âñòðå÷àþòñÿ ðåæå, ÷åì äâèãàòåëè ïàðàëëåëüíîãî è ïîñëåäîâàòåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ, è ïðèìåíÿþòñÿ òàì, ãäå èìåþò ìåñòî è ïåðåãðóçêè, è õîëîñòîé õîä äâèãàòåëÿ. ÂÎÏÐÎÑÛ 24.5.1.  êàêîì ñëó÷àå ñêîðîñòü äâèãàòåëÿ ñìåøàííîãî âîçáóæäåíèÿ áóäåò áîëüøå: ïðè ñîãëàñíîì âêëþ÷åíèè ïîñëåäîâàòåëüíîé îáìîòêè (nñîãë) èëè ïðè âñòðå÷íîì (nâñòð)? à) n ñîãë < n âñòð ; á) n ñîãë = n âñòð ; â) n ñîãë > n âñòð . 274 Ðèñ. 24.8. Ñêîðîñòíàÿ õàðàêòåðèñòèêà äâèãàòåëÿ ñìåøàííîãî âîçáóæäåíèÿ 24.5.2. Óêàæèòå, êàê âëèÿåò ÷èñëî âèòêîâ ïîñëåäîâàòåëüíîé îáìîòêè âîçáóæäåíèÿ äâèãàòåëÿ ñìåøàííîãî âîçáóæäåíèÿ íà ñêîðîñòíûå õàðàêòåðèñòèêè, ïîêàçàííûå íà ðèñ. 24.9. à) w ñ1 > w ñ 2 > w ñ 3 ; á) w ñ1 = w ñ 2 = w ñ 3 ; â) w ñ1 < w ñ 2 < w ñ 3 . Ðèñ. 24.9. Ñêîðîñòíûå õàðàêòåðèñòèêè äâèãàòåëÿ ñìåøàííîãî âîçáóæäåíèÿ Ëåêöèÿ 25 ÓÏÐÀÂËÅÍÈÅ ÄÂÈÃÀÒÅËßÌÈ ÏÎÑÒÎßÍÍÎÃÎ ÒÎÊÀ 25.1. Ïóñê â õîä äâèãàòåëåé ïîñòîÿííîãî òîêà Ñïîñîáû ïóñêà. Äëÿ äâèãàòåëåé ïîñòîÿííîãî òîêà ìîãóò áûòü ïðèìåíåíû òðè ñïîñîáà ïóñêà: 1) ïðÿìîé, ïðè êîòîðîì îáìîòêà ÿêîðÿ ïîäêëþ÷àåòñÿ íåïîñðåäñòâåííî ê ñåòè; 2) ðåîñòàòíûé, ïðè êîòîðîì â öåïü ÿêîðÿ âêëþ÷àåòñÿ ïóñêîâîé ðåîñòàò äëÿ îãðàíè÷åíèÿ òîêà; 3) ïóòåì ïëàâíîãî ïîâûøåíèÿ íàïðÿæåíèÿ, êîòîðîå ïîäàåòñÿ íà îáìîòêó ÿêîðÿ. Ïðÿìîé ïóñê. Îáû÷íî â äâèãàòåëÿõ ïîñòîÿííîãî òîêà ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ I íîì å R a âî âíóòðåííåì ñîïðîòèâëåíèè öåïè ÿêîðÿ ñîñòàâëÿåò 5–10 % îò Uíîì, ïîýòîìó ïðè ïðÿìîì ïóñêå òîê ÿêîðÿ U I ï = íîì = 10–20 Iíîì, å Ra ÷òî ñîçäàåò îïàñíîñòü ïîëîìêè âàëà ìàøèíû è âûçûâàåò ñèëüíîå èñêðåíèå ïîä ùåòêàìè. Ïî ýòîé ïðè÷èíå ïðÿìîé ïóñê ïðèìåíÿþò â îñíîâíîì äëÿ äâèãàòåëåé ìàëîé ìîùíîñòè (äî íåñêîëüêèõ ñîòåí âàòò), â êîòîðûõ ñîïðîòèâëåíèå å R îòíîñèòåëüíî âåëèêî, è ëèøü â îòäåëüíûõ ñëó÷àÿõ — äëÿ äâèãàòåëåé ñ ïîñëåäîâàòåëüíûì âîçáóæäåíèåì ìîùíîñòüþ â íåñêîëüêî êèëîâàòò. Ïðè ïðÿìîì ïóñêå òàêèõ äâèãàòåëåé I ï = 4–6 Iíîì. 276 Ðåîñòàòíûé ïóñê. Ýòîò ñïîñîá ïîëó÷èë íàèáîëüøåå ðàñïðîñòðàíåíèå.  íà÷àëüíûé ìîìåíò ïóñêà ïðè n = 0 òîê Iï = U . R (å a + R ï ) Ìàêñèìàëüíîå ñîïðîòèâëåíèå ïóñêîâîãî ðåîñòàòà R ï ïîäáèðàåòñÿ òàê, ÷òîáû äëÿ ìàøèí áîëüøîé è ñðåäíåé ìîùíîñòè òîê ÿêîðÿ ïðè ïóñêå I ï = 1,4–1,8 Iíîì, à äëÿ ìàøèí ìàëîé ìîùíîñòè I ï =1–2,5 Iíîì. Ïðîöecc ðåîñòàòíîãî ïóñêà äâèãàòåëÿ ñ ïàðàëëåëüíûì âîçáóæäåíèåì ïðåäñòàâëåí íà ðèñ. 25.1, à.  íà÷àëüíûé ïåðèîä ïóñê îñóùåñòâëÿåòñÿ ïî ðåîñòàòíîé õàðàêòåðèñòèêå 6, ñîîòâåòñòâóþùåé ìàêñèìàëüíîìó çíà÷åíèþ ñîïðîòèâëåíèÿ Rï ïóñêîâîãî ðåîñòàòà; ïðè ýòîì äâèãàòåëü ðàçâèâàåò ìàêñèìàëüíûé ïóñêîâîé ìîìåíò Mï.ìàêñ. Ïî ìåðå ðàçãîíà ìîìåíò äâèãàòåëÿ óìåíüøàåòñÿ, òàê êàê ñ óâåëè÷åíèåì ÷àñòîòû âðàùåíèÿ ðàñòåò ÝÄÑ E U -E . Ïðè äîñòèæåíèè íåè óìåíüøàåòñÿ òîê ÿêîðÿ I a = å Ra + Rï êîòîðîãî çíà÷åíèÿ Mï.ìàêñ ÷àñòü ñîïðîòèâëåíèÿ ïóñêîâîãî ðåîñòàòà âûâîäèòñÿ, âñëåäñòâèå ÷åãî ìîìåíò ñíîâà âîçðàñòàåò äî Mï.ìàêñ. Ïðè ýòîì äâèãàòåëü ïåðåõîäèò íà ðàáîòó ïî ðåîñòàòíîé õàðàêòåðèñòèêå 5 è ðàçãîíÿåòñÿ äî çíà÷åíèÿ Mï.ìèí. Òàêèì îáðàçîì, óìåíüøàÿ ïîñòåïåííî ñîïðîòèâëåíèå ïóñêîâîãî ðåîñòàòà, îñóùåñòâëÿþò ðàçãîí äâèãàòåëÿ ïî îòäåëüíûì îòðåçêàì ðåîñòàòíûõ õàðàêòåðèñòèê 6, 5, 4, 3 è 2 (ñì. æèðíûå ëèíèè íà ðèñ. 25.1, à) äî âûõîäà íà åñòåñòâåííóþ õàðàêòåðèñòèêó 1. Ñðåäíèé âðàùàþùèé ìîìåíò ïðè ïóñêå M ï.ñð = 0,5( M ï.ìàêñ + M ï.ìèí ) = const, âñëåäñòâèå ÷åãî äâèãàòåëü ðàçãîíÿåòñÿ ñ íåêîòîðûì ïîñòîÿííûì óñêîðåíèåì. Òàêèì æå ñïîñîáîì ïóñêàåòñÿ â õîä äâèãàòåëü ñ ïîñëåäîâàòåëüíûì âîçáóæäåíèåì (ðèñ. 25.1, á). Êîëè÷åñòâî ñòóïåíåé ïóñêîâîãî ðåîñòàòà çàâèñèò îò æåñòêîñòè åñòåñòâåííîé õàðàêòåðèñòèêè è òðåáîâàíèé, ïðåäúÿâëÿåìûõ ê ïëàâíîñòè ïóñêà (äîïóñòèìîé ðàçíîñòè ( M ï.ìàêñ - M ï.ìèí )). Ïóñêîâûå ðåîñòàòû ðàññ÷èòûâàþò íà êðàòêîâðåìåííóþ ðàáîòó ïîä òîêîì. 277 Ðèñ. 25.1. Ãðàôèêè èçìåíåíèÿ: à — ÷àñòîòû âðàùåíèÿ; á — ìîìåíòà è òîêà ÿêîðÿ ïðè ðåîñòàòíîì ïóñêå äâèãàòåëÿ ñ ïàðàëëåëüíûì âîçáóæäåíèåì; â — ñ ïîñëåäîâàòåëüíûì âîçáóæäåíèåì Ïóñê ïóòåì ïëàâíîãî ïîâûøåíèÿ ïèòàþùåãî íàïðÿæåíèÿ. Ïðè ðåîñòàòíîì ïóñêå âîçíèêàþò äîâîëüíî çíà÷èòåëüíûå ïîòåðè ýíåðãèè â ïóñêîâîì ðåîñòàòå. Ýòîò íåäîñòàòîê ìîæíî óñòðàíèòü, åñëè ïóñê äâèãàòåëÿ îñóùåñòâèòü ïóòåì ïëàâíîãî ïîâûøåíèÿ íàïðÿæåíèÿ, ïîäàâàåìîãî íà åãî îáìîòêó. Îäíàêî äëÿ ýòîãî íåîáõîäèìî èìåòü îòäåëüíûé èñòî÷íèê ïîñòîÿííîãî òîêà ñ ðåãóëèðóåìûì íàïðÿæåíèåì (ãåíåðàòîð èëè óïðàâëÿåìûé âûïðÿìèòåëü). ÂÎÏÐÎÑÛ 25.1.1. Äâèãàòåëü ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ èìååò ñëåäóþùèå äàííûå: Píîì = 8 êÂò, U íîì = 220 Â, n â = 1500 îá/ìèí, I íîì = 42, 6 À, rà = 0, 3 Îì, râ = 178 Îì. Îïðåäåëèòü êðàòíîñòü 278 ïóñêîâîãî òîêà â íà÷àëüíûé ìîìåíò ïóñêà ïðè ïðÿìîì âêëþ÷åíèè è ñîïðîòèâëåíèå ïóñêîâîãî ðåîñòàòà, íåîáõîäèìîå äëÿ îãðàíè÷åíèÿ ïóñêîâîãî òîêà äî äâóõêðàòíîãî îò íîìèíàëüíîãî òîêà ÿêîðÿ. 25.1.2. Êàêîé äâèãàòåëü äàñò áîëüøèé ïóñêîâîé ìîìåíò ïðè îäèíàêîâîé êðàòíîñòè ïóñêîâîãî òîêà: ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ Mï.ø èëè ïîñëåäîâàòåëüíîãî Mï.ñ? Íîìèíàëüíûå òîêè ÿêîðÿ è ñîîòâåòñòâóþùèå èì íîìèíàëüíûå ìàãíèòíûå ïîòîêè îäèíàêîâû. à) M ï.ø > M ï.ñ ; á) M ï.ø < M ï.ñ ; â) M ï.ø = M ï.ñ . 25.1.3. Ïî÷åìó öåïü âîçáóæäåíèÿ ïðè ïóñêå äâèãàòåëÿ ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ äîëæíà íàõîäèòüñÿ ïîä ïîëíûì íàïðÿæåíèåì, à ðåãóëèðîâî÷íûé ðåîñòàò â ýòîé öåïè äîëæåí áûòü âûâåäåí ïîëíîñòüþ? 25.1.4. Êàêèå ñïîñîáû îãðàíè÷åíèÿ ïóñêîâîãî òîêà ïðèìåíÿþòñÿ â äâèãàòåëÿõ ïîñòîÿííîãî òîêà? 25.2. Ðåâåðñèðîâàíèå äâèãàòåëåé ïîñòîÿííîãî òîêà Èçìåíåíèå íàïðàâëåíèÿ âðàùåíèÿ äâèãàòåëÿ ïîñòîÿííîãî òîêà ìîæåò áûòü îñóùåñòâëåíî äâóìÿ ñïîñîáàìè: èçìåíåíèåì íàïðàâëåíèÿ òîêà ÿêîðÿ (ðèñ. 25.1, á) è èçìåíåíèåì íàïðàâëåíèÿ òîêà âîçáóæäåíèÿ (ðèñ. 25.2, â).  ïåðâîì ñëó÷àå èçìåíåíèå íàïðàâëåíèÿ äåéñòâèÿ (çíàêà) âðàùàþùåãî ìîìåíòà äîñòèãàåòñÿ çà ñ÷åò èçìåíåíèÿ íàïðàâëåíèÿ òîêà ÿêîðÿ (ñì. âûðàæåíèå (24.2)), âî âòîðîì — çà ñ÷åò èçìåíåíèÿ ïîëÿðíîñòè (çíàêà) ïîòîêà. Äëÿ äâèãàòåëåé ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ ïðåäïî÷òèòåëüíåå ïåðâûé ñïîñîá, õîòÿ òîê ÿêîðÿ âî ìíîãî ðàç áîëüøå òîêà âîçáóæäåíèÿ. Ýòî îáúÿñíÿåòñÿ, âî-ïåðâûõ, òåì, ÷òî â îáìîòêå âîçáóæäåíèÿ, èìåþùåé áîëüøîå ÷èñëî âèòêîâ è áîëüøóþ èíäóêòèâíîñòü, ïðè áûñòðîì èçìåíåíèè íàïðàâëåíèÿ òîêà èíäóêòèðóåòñÿ áîëüøàÿ ÝÄÑ ñàìîèíäóêöèè, îïàñíàÿ äëÿ èçîëÿöèè îáìîòêè. Âî-âòîðûõ, ýòà æå ÝÄÑ ñàìîèíäóêöèè, ðåàêòèâíàÿ ïî ñâîåé ïðèðîäå, çàòÿãèâàåò ïðîöåññ ðåâåðñèðîâàíèÿ, óâåëè÷èâàÿ åãî äëèòåëüíîñòü. Èíäóêòèâíîñòü öåïè ÿêîðÿ 279 Ðèñ. 25.2. Ñïîñîáû ðåâåðñèðîâàíèÿ äâèãàòåëÿ ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ: à — èçìåíåíèåì íàïðàâëåíèÿ òîêà ÿêîðÿ; á —èçìåíåíèåì íàïðàâëåíèÿ òîêà âîçáóæäåíèÿ íåçíà÷èòåëüíà, ïîýòîìó ïðè ïåðåêëþ÷åíèè ÿêîðíîãî òîêà âûøåóêàçàííûå ÿâëåíèÿ îòñóòñòâóþò. Ó äâèãàòåëåé ïîñëåäîâàòåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ îáìîòêà âîçáóæäåíèÿ èìååò ìàëîå ÷èñëî âèòêîâ, è, ñîîòâåòñòâåííî, ìàëóþ èíäóêòèâíîñòü. Ïîýòîìó çäåñü îáà âàðèàíòà ðåâåðñèðîâàíèÿ ìîæíî ñ÷èòàòü ðàâíîöåííûìè. Îäíàêî, ÷òîáû íå ïåðåìàãíè÷èâàòü äâèãàòåëü, è çäåñü îáû÷íî ìåíÿþò íàïðàâëåíèå ÿêîðíîãî òîêà. ÂÎÏÐÎÑÛ Ðèñ. 25.3. Ñõåìû âêëþ÷åíèÿ äâèãàòåëÿ ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ 280 25.2.1. Ïî÷åìó äâèãàòåëü íå èçìåíèò íàïðàâëåíèå âðàùåíèÿ, åñëè ïîìåíÿòü ìåñòàìè ïèòàþùèå ïðîâîäà (ðèñ. 25.3)? 25.2.2. Íàðèñóéòå äâà âàðèàíòà ñõåìû äëÿ îáðàòíîãî íàïðàâëåíèÿ âðàùåíèÿ äâèãàòåëÿ ïîñëåäîâàòåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ (ñõåìà äëÿ ïðÿìîãî íàïðàâëåíèÿ âðàùåíèÿ äàíà íà ðèñ. 24.4). 25.3. Òîðìîæåíèå äâèãàòåëåé ïîñòîÿííîãî òîêà Îñíîâíûå ñïîñîáû òîðìîæåíèÿ äâèãàòåëåé ïîñòîÿííîãî òîêà òå æå, ÷òî è äëÿ àñèíõðîííûõ äâèãàòåëåé: ãåíåðàòîðíîå òîðìîæåíèå, ïðîòèâîâêëþ÷åíèå è äèíàìè÷åñêîå òîðìîæåíèå. 25.3.1. Ãåíåðàòîðíîå òîðìîæåíèå Ãåíåðàòîðíîå òîðìîæåíèå äâèãàòåëÿ ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ ìîæíî ïîëó÷èòü, åñëè ïðèëîæèòü ê âàëó äâèãàòåëÿ âíåøíèé âðàùàþùèé ìîìåíò è âðàùàòü ÿêîðü â òîì æå íàïðàâëåíèè, ÷òî è ïðè õîëîñòîì õîäå äâèãàòåëÿ, íî ñî ñêîðîñòüþ, áîëüøåé ñêîðîñòè èäåàëüíîãî õîëîñòîãî õîäà, n > n 0 . Òàê êàê ïðè èäåàëüíîì õîëîñòîì õîäå (I a = 0) U = C e Fn 0 , òî ïðè n > n 0 ÝÄÑ äâèãàòåëÿ áóäåò áîëüøå ïðèëîæåííîãî ê äâèãàòåëþ íàïðÿæåíèÿ, E > U . Òîê ÿêîðÿ ñòàíåò ïðè ýòîì îòðèöàòåëüíûì, ò. å. èçìåíèò íàïðàâëåíèå è áóäåò îòäàâàòüñÿ â ñåòü: Ia = U -E < 0. ra (25.1)  ñîîòâåòñòâèè ñ ýòèì ìîìåíò äâèãàòåëÿ òàêæå èçìåíèò ñâîé çíàê è ñòàíåò îòðèöàòåëüíûì (òîðìîçíûì). Ýíåðãèÿ ïðè ãåíåðàòîðíîì òîðìîæåíèè ïîäâîäèòñÿ â ôîðìå ìåõàíè÷åñêîé ýíåðãèè ê âàëó äâèãàòåëÿ, ïðåîáðàçóåòñÿ â ÿêîðå äâèãàòåëÿ â ýëåêòðè÷åñêóþ ýíåðãèþ è îòäàåòñÿ â ñåòü (çà âû÷åòîì ïîòåðü â äâèãàòåëå). Ñêîðîñòíàÿ è ìåõàíè÷åñêàÿ õàðàêòåðèñòèêè ïðè ãåíåðàòîðíîì òîðìîæåíèè ðàñïîëàãàþòñÿ âî âòîðîì êâàäðàíòå (ðèñ. 25.4). Ãåíåðàòîðíîå òîðìîæåíèå äâèãàòåëÿ ïîñëåäîâàòåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ â îáû÷íîé ñõåìå âêëþ÷åíèÿ îñóùåñòâèòü íåëüçÿ. ÂÎÏÐÎÑÛ 25.3.1.1. Êàê èçìåíèòñÿ ñêîðîñòü äâèãàòåëÿ ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ ïðè ãåíåðàòîðíîì òîðìîæåíèè ñ ïîñòîÿííûì òîðìîçíûì ìîìåíòîì, åñëè âêëþ÷èòü äîáàâî÷íîå ñîïðîòèâëåíèå â öåïü ÿêîðÿ? à) óìåíüøèòñÿ; á) íå èçìåíèòñÿ; 281 â) óâåëè÷èòñÿ. 25.3.1.2. Ïî÷åìó ïðè ãåíåðàòîðíîì òîðìîæåíèè äâèãàòåëÿ ñìåøàííîãî âîçáóæäåíèÿ ïîñëåäîâàòåëüíóþ îáìîòêó îáû÷íî îòêëþ÷àþò? 25.3.2. Òîðìîæåíèå ïðîòèâîâêëþ÷åíèåì Äëÿ ïîëó÷åíèÿ ðåæèìà ïðîòèâîâêëþ÷åíèÿ äâèãàòåëü âêëþ÷àþò â îäíîì íàïðàâëåíèè è ïðèíóäèòåëüíî, ïðèêëàäûâàÿ ê âàëó äâèãàòåëÿ âíåøíèé âðàùàþùèé ìîìåíò, âðàùàþò åãî â îáðàòíîì íàïðàâëåíèè (ðèñ. 25.4, 25.5). Òàêèì îáðàçîì, ìîìåíò, ðàçâèâàåìûé äâèãàòåëåì, îêàçûâàåòñÿ íàïðàâëåííûì íàâñòðå÷ó âðàùåíèÿ ÿêîðÿ, ò. å. òîðìîçíûì. Ñêîðîñòü äâèãàòåëÿ ïðè ýòîì áóäåò îòðèöàòåëüíîé, êàê è ÝÄÑ ÿêîðÿ ïî ñðàâíåíèþ ñ äâèãàòåëüíûì ðåæèìîì. Îíà äåéñòâóåò ñîãëàñíî ñ íàïðÿæåíèåì. Òîãäà òîê ÿêîðÿ äâèãàòåëÿ â ðåæèìå ïðîòèâîâêëþ÷åíèÿ îïðåäåëèòñÿ òàê: U + Ea . (25.2) Ia = ra Âåëè÷èíà òîêà áóäåò íåäîïóñòèìî âåëèêà, è ïîýòîìó â öåïü ÿêîðÿ âêëþ÷àåòñÿ ñïåöèàëüíîå òîðìîçíîå ñîïðîòèâëåíèå rÒ, îãðàíè÷èâàþùåå òîê äî íóæíîãî çíà÷åíèÿ: Ia = U + Ea . ra + rT (25.3) Ñêîðîñòü äâèãàòåëÿ îïðåäåëÿåòñÿ â ñîîòâåòñòâèè ñ âûðàæåíèåì (24.6): U - (ra + rT )I a . n= C eF  ñâÿçè ñ áîëüøèì òîðìîçíûì ñîïðîòèâëåíèåì è çíà÷èòåëüíûì òîêîì ÿêîðÿ ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ â ÿêîðíîé öåïè áóäåò áîëüøå íàïðÿæåíèÿ: (ra + rT )I a > U è n < 0. Õàðàêòåðèñòèêè äâèãàòåëÿ äëÿ ðåæèìà ïðîòèâîâêëþ÷åíèÿ ðàñïîëàãàþòñÿ â IV êâàäðàíòå (ñì. ðèñ. 25.4). 282 Ýíåðãèÿ ïîäâîäèòñÿ ê ÿêîðþ äâèãàòåëÿ è èç ñåòè (â ôîðìå ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè), è ñ âàëà äâèãàòåëÿ (â ôîðìå ìåõàíè÷åñêîé ýíåðãèè, ïðåîáðàçóåìîé â ÿêîðå â ýëåêòðè÷åñêóþ). Âñÿ ýòà ýíåðãèÿ èäåò íà ïîêðûòèå ïîòåðü â ÿêîðíîé öåïè, ïðåâðàùàåòñÿ â òåïëî, âûäåëÿåìîå â îñíîâíîì â òîðìîçíîì ñîïðîòèâëåíèè. Íåñìîòðÿ íà íåýêîíîìè÷íîñòü ýòîãî ñïîñîáà ñ òî÷êè çðåíèÿ ðàñõîäà ýíåðãèè è ñâÿçàííóþ ñ áîëüøèìè ïîòåðÿìè ýíåðãèè îïàñíîñòü ïåðåãðåâà ÿêîðÿ ñâåðõ äîïóñòèìîé òåìïåðàòóðû, òîðìîæåíèå ïðîòèâîâêëþ÷åíèåì ïðèìåíÿåòñÿ ÷àñòî. Ýòî îáúÿñíÿåòñÿ ãèáêîñòüþ ýòîãî âèäà òîðìîæåíèÿ, ïîçâîëÿþùåãî ïîäáîðîì òîðìîçíûõ ñîïðîòèâëåíèé ïîëó÷àòü íóæíûå òîðìîçíûå ìîìåíòû ïðè íóæíûõ ñêîðîñòÿõ, âïëîòü äî íóëåâîé. Ðèñ. 25.4. Ìåõàíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè äâèãàòåëÿ ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ ïðè òîðìîæåíèè: Ã. Ò.— ãåíåðàòîðíîå òîðìîæåíèå, Ï. Â.— ïðîòèâîâêëþ÷åíèå, Ä. Ò.— äèíàìè÷åñêîå òîðìîæåíèå Ðèñ. 25.5. Ìåõàíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè äâèãàòåëÿ ïîñëåäîâàòåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ ïðè ïðîòèâîâêëþ÷åíèè Òîðìîæåíèå ïðîòèâîâêëþ÷åíèåì ïðèìåíÿåòñÿ è äëÿ äâèãàòåëåé ïîñëåäîâàòåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ. Âñå âûøåñêàçàííîå áóäåò ñïðàâåäëèâî è â ýòîì ñëó÷àå. Òîëüêî òîðìîçíûå õàðàêòåðèñòèêè áóäóò êðèâîëèíåéíûìè (ñì. ðèñ. 25.5). ÂÎÏÐÎÑÛ 25.3.2.1. Âàë äâèãàòåëÿ ñâÿçàí ñ áàðàáàíîì ëåáåäêè, îïóñêàþùåé ãðóç G (ðèñ. 25.6). Ñîîòâåòñòâóåò ëè íàïðàâëåíèå òîêîâ 283 â ÿêîðíûõ ïðîâîäíèêàõ, ïîêàçàííîå íà ðèñóíêå, ðåæèìó ïðîòèâîâêëþ÷åíèÿ? à) ñîîòâåòñòâóåò; á) íå ñîîòâåòñòâóåò. 25.3.2.2. Êàê íàäî èçìåíèòü âåëè÷èíó òîðìîçíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ, ÷òîáû ïðè òîé æå ñêîðîñòè ïîëó÷èòü áîëüøèé òîðìîçíîé ìîìåíò? à) óìåíüøèòü; á) óâåëè÷èòü. Ðèñ. 25.6. Ñõåìà òîðìîçíîãî ðåæèìà 25.3.3. Äèíàìè÷åñêîå òîðìîæåíèå Äèíàìè÷åñêîå òîðìîæåíèå äâèãàòåëÿ ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ îñóùåñòâëÿåòñÿ ïî ñõåìå, ïðåäñòàâëåííîé íà ðèñ. 25.7, à. ßêîðü äâèãàòåëÿ îòêëþ÷àåòñÿ îò ñåòè è çàìûêàåòñÿ íà òîðìîçíîå ñîïðîòèâëåíèå (â îòäåëüíûõ ñëó÷àÿõ âîçìîæíà ðàáîòà ñ ÿêîðåì, çàìêíóòûì íàêîðîòêî). Îáìîòêà âîçáóæäåíèÿ îñòàåòñÿ ïîäêëþ÷åííîé ê ñåòè.  ÿêîðå äâèãàòåëÿ, âðàùàþùåìñÿ â ìàãíèòíîì ïîëå çà ñ÷åò âíåøíåãî âðàùàþùåãî ìîìåíòà, èíäóêòèðóåòñÿ ÝÄÑ, âûçûâàþùàÿ òîê â ÿêîðíîé öåïè. Ýòîò òîê, âçàèìîäåéñòâóÿ ñ ìàãíèòíûì ïîòîêîì, ñîçäàåò íà ÿêîðå äâèãàòåëÿ òîðìîçíîé ìîìåíò. Ìàøèíà â ýòîì ðåæèìå ðàáîòàåò òàêæå ãåíåðàòîðîì, ïðåîáðàçóÿ ïîäâåäåííóþ ê âàëó ìåõàíè÷åñêóþ ýíåðãèþ â ýëåêòðè÷åñêóþ. Îòëè÷èå îò ãåíåðàòîðíîãî ðåêóïåðàòèâíîãî òîðìîæåíèÿ ñîñòîèò â òîì, ÷òî ïðåîáðàçîâàííàÿ ýëåêòðè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ íå îòäàåòñÿ â ñåòü è ãàñèòñÿ (ïðåâðàùàåòñÿ â òåïëî) â òîðìîçíîì ñîïðîòèâëåíèè. Ïîñêîëüêó íàïðÿæåíèå, ïîäâîäèìîå ê ÿêîðþ, â ýòîì ðåæèìå ðàâíî íóëþ, òî òîê ÿêîðÿ è ñêîðîñòü áóäóò ñëåäóþùèìè: Ia = n= 284 -E a , ra + rT -(ra + rT )I a C eF (25.4) . (25.5) Ìåõàíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè äâèãàòåëÿ â ýòîì ðåæèìå, â ñîîòâåòñòâèè ñ (25.5), ÿâëÿþòñÿ ïðÿìûìè, ïðîõîäÿùèìè ÷åðåç íà÷àëî êîîðäèíàò (ñì. ðèñ. 25.4). Äèíàìè÷åñêîå òîðìîæåíèå äâèãàòåëÿ ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ ýêîíîìè÷íî, óäîáíî è çà ñ÷åò ðåãóëèðîâàíèÿ âåëè÷èíû òîðìîçíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ ïîçâîëÿåò ïîëó÷èòü íóæíûå òîðìîçíûå ìîìåíòû ïðè íóæíûõ ñêîðîñòÿõ (êðîìå î÷åíü ìàëûõ). Äèíàìè÷åñêîå òîðìîæåíèå Ðèñ. 25.7. Ñõåìà äèíàìè÷åñêîãî òîðìîæåíèÿ äâèãàòåëÿ ïîñòîÿííîãî òîäâèãàòåëÿ ïîñëåäîâàòåëüíîãî êà: a, á — äâèãàòåëè ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ òàêæå îñóùåñòâè- è ïîñëåäîâàòåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ ìî, íî ïðèìåíÿåòñÿ íå ÷àñòî. ñîîòâåòñòâåííî Ïîñëåäîâàòåëüíàÿ îáìîòêà âîçáóæäåíèÿ èìååò î÷åíü ìàëîå ñîïðîòèâëåíèå è, ÷òîáû îñòàâèòü åå ïîäêëþ÷åííîé ê ñåòè ïðè îòêëþ÷åííîì ÿêîðå, íåîáõîäèìî ïîñëåäîâàòåëüíî ñ íåé âêëþ÷èòü äîáàâî÷íîå ñîïðîòèâëåíèå (ðèñ. 25.7, á). Òîê â îáìîòêå âîçáóæäåíèÿ äîëæåí áûòü íîìèíàëüíûì èëè áëèçêèì ê íåìó. Ïîýòîìó ïîòåðè ýíåðãèè â äîáàâî÷íîì ñîïðîòèâëåíèè áóäóò âåñüìà çíà÷èòåëüíûìè. ÂÎÏÐÎÑÛ 25.3.3.1. Îïðåäåëèòå ñêîðîñòü äâèãàòåëÿ ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ (íîìèíàëüíûå äàííûå äâèãàòåëÿ ñì. â âîïðîñå 25.1.1), ðàáîòàþùåãî â ðåæèìå äèíàìè÷åñêîãî òîðìîæåíèÿ ñ òîêîì ÿêîðÿ, ðàâíûì 50 À, è òîðìîçíûì ñîïðîòèâëåíèåì â 2 Îìà. 25.3.3.2. Êàêîé âèä èìåþò õàðàêòåðèñòèêè äèíàìè÷åñêîãî òîðìîæåíèÿ äâèãàòåëÿ ïîñëåäîâàòåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ (âåëè÷èíà äîáàâî÷íîãî ñîïðîòèâëåíèÿ ïîñòîÿííà)? à) ïðÿìîëèíåéíû è ïðîõîäÿò ÷åðåç íà÷àëî êîîðäèíàò. Íàõîäÿòñÿ âî II è IV êâàäðàíòàõ; á) êðèâîëèíåéíû, îáû÷íîé äëÿ äâèãàòåëåé ïîñëåäîâàòåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ ôîðìû. Ïðîõîäÿò ÷åðåç íà÷àëî êîîðäèíàò è íàõîäÿòñÿ âî II è IV êâàäðàíòàõ. 285 25.4. Ðåãóëèðîâàíèå ÷àñòîòû âðàùåíèÿ äâèãàòåëåé ïîñòîÿííîãî òîêà Êàê âèäíî èç âûðàæåíèÿ (24.6), ñêîðîñòü äâèãàòåëÿ ïîñòîÿííîãî òîêà ìîæíî ðåãóëèðîâàòü òðåìÿ ñïîñîáàìè: 1. Èçìåíåíèåì ñîïðîòèâëåíèÿ ÿêîðíîé öåïè. 2. Èçìåíåíèåì ìàãíèòíîãî ïîòîêà. 3. Èçìåíåíèåì íàïðÿæåíèÿ íà ÿêîðå äâèãàòåëÿ. 25.4.1. Ðåãóëèðîâàíèå ÷àñòîòû âðàùåíèÿ èçìåíåíèåì ñîïðîòèâëåíèÿ ÿêîðíîé öåïè (ðåîñòàòíîå ðåãóëèðîâàíèå) Ðåîñòàòíîå ðåãóëèðîâàíèå îñóùåñòâëÿåòñÿ âêëþ÷åíèåì äîáàâî÷íîãî ðåãóëèðóåìîãî ñîïðîòèâëåíèÿ (ðåãóëèðîâî÷íîãî ðåîñòàòà) â öåïü ÿêîðÿ.  äâèãàòåëÿõ ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ ðåãóëèðîâî÷íûé ðåîñòàò âêëþ÷àåòñÿ òàê æå, êàê è ïóñêîâîé ðåîñòàò, òîëüêî â ÿêîðíóþ öåïü (ñì. ðèñ. 24.2). Ïðè ýòîì ÷àñòîòà âðàùåíèÿ äâèãàòåëÿ n= U - (ra + rð )I a C eF , è ïðè îäíîì è òîì æå òîêå ÿêîðÿ îíà áóäåò òåì ìåíüøå, ÷åì áîëüøå äîáàâî÷íîå ñîïðîòèâëåíèå rð. Ðåãóëèðîâî÷íûå (ðåîñòàòíûå) õàðàêòåðèñòèêè äâèãàòåëÿ ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ ïîêàçàíû íà ðèñ. 25.8, à, à äâèãàòåëÿ ïîñëåäîâàòåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ — íà ðèñ. 25.8, á. Ýòîò ñïîñîá ðåãóëèðîâàíèÿ ïðîñò, óäîáåí, íî îáëàäàåò òåìè æå íåäîñòàòêàìè, ÷òî è ðåîñòàòíîå ðåãóëèðîâàíèå àñèíõðîííîãî äâèãàòåëÿ: áîëüøèå ïîòåðè ýíåðãèè â ðåãóëèðîâî÷íûõ ñîïðîòèâëåíèÿõ è ñóæåíèå äèàïàçîíà ðåãóëèðîâàíèÿ ïî ìåðå óìåíüøåíèÿ íàãðóçêè. Ìîæíî ïîêàçàòü, ÷òî ñ óìåíüøåíèåì ÷àñòîòû âðàùåíèÿ ÿêîðÿ ïîòåðè ëèíåéíî âîçðàñòàþò: 2 Dn I a (å R a + R äîá ) I a (R a + R äîá ) DPýë = = = n U UI a P1 ãäå DPýë — ýëåêòðè÷åñêèå ïîòåðè â öåïè ÿêîðÿ; P1 — ìîùíîñòü, ïîäâåäåííàÿ ê ÿêîðþ. 286 (25.6) Ðèñ. 25.8. Ñêîðîñòíûå õàðàêòåðèñòèêè ïðè ðåãóëèðîâàíèè ñêîðîñòè äâèãàòåëåé ïîñòîÿííîãî òîêà: à, á — äâèãàòåëè ïàðàëëåëüíîãî è ïîñëåäîâàòåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ; åñò.— åñòåñòâåííàÿ õàðàêòåðèñòèêà, R — ðåãóëèðîâàíèå ñîïðîòèâëåíèåì â ÿêîðíîé öåïè, Ô — ðåãóëèðîâàíèå ìàãíèòíûì ïîòîêîì Ðåøàÿ óðàâíåíèå (25.6) îòíîñèòåëüíî DPýë , ïîëó÷èì DPýë = P1 Dn n -n . = P1 0 n0 n0 (25.7) Î÷åâèäíî, ÷òî äàííûé ñïîñîá ïîçâîëÿåò òîëüêî óìåíüøàòü ÷àñòîòó âðàùåíèÿ. 25.4.2. Ðåãóëèðîâàíèå ÷àñòîòû âðàùåíèÿ èçìåíåíèåì ìàãíèòíîãî ïîòîêà Èçìåíÿòü ìàãíèòíûé ïîòîê ìîæíî ðåãóëèðîâàíèåì òîêà âîçáóæäåíèÿ äâèãàòåëÿ. Ïðè ðàçëè÷íûõ ìàãíèòíûõ ïîòîêàõ Ô1 è Ô2 ÷àñòîòà âðàùåíèÿ áóäåò îïðåäåëÿòüñÿ ôîðìóëàìè U - I a å Ra I a å Ra U = = n 01 - Dn1 , C eF 1 C eF 1 C eF 1 (25.8) I a å Ra U - I a å Ra U = = n 02 - Dn 2 . n2 = C eF 2 C eF 2 C eF 2 n1 =  äâèãàòåëå ñ ïàðàëëåëüíûì âîçáóæäåíèåì ÷àñòîòà âðàùåíèÿ ïðè õîëîñòîì õîäå è ïàäåíèå ÷àñòîòû âðàùåíèÿ èçìåíÿþòñÿ îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëüíî èçìåíåíèþ ìàãíèòíîãî ïîòîêà: 287 Dn F n 02 = 2 = 1. Dn1 F 2 n 01 (25.9) Ñëåäîâàòåëüíî, ñêîðîñòíûå õàðàêòåðèñòèêè äâèãàòåëÿ 1 è 2 ïðè ðàçëè÷íûõ ìàãíèòíûõ ïîòîêàõ F 1 è F 2 íå ÿâëÿþòñÿ ïàðàëëåëüíûìè (ðèñ. 25.9, à) è ïåðåñåêàþòñÿ â òî÷êå À ïðè ÷àñòîòå âðàùåíèÿ, ðàâíîé íóëþ, òàê êàê òîê ïðè êîðîòêîì çàìûêàíèè Iàê íå çàâèñèò îò âåëè÷èíû ïîòîêà, I àê = U , rà (25.10) îïðåäåëÿåòñÿ âåëè÷èíàìè íàïðÿæåíèÿ è ñîïðîòèâëåíèÿ öåïè ÿêîðÿ. Âåëè÷èíó òîêà Iàê ïðè n = 0 íàçûâàþò òîêîì êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ. Ìåõàíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè äëÿ äâèãàòåëÿ ñ ïàðàëëåëüíûì âîçáóæäåíèåì ìîãóò áûòü ïîñòðîåíû ïî äâóì òî÷êàì: òî÷êå õîëîñòîãî õîäà, â êîòîðîé ìîìåíò ðàâåí íóëþ, è òî÷êå êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ, â êîòîðîé ìîìåíò ìàêñèìàëåí. Ñðàâíèâàÿ ìîìåíòû ïðè êîðîòêîì çàìûêàíèè, ñîîòâåòñòâóþùèå ðàçëè÷íûì çíà÷åíèÿì ìàãíèòíîãî ïîòîêà, ïîëó÷èì F M ê1 C M F 1 I àê = = 1. M ê 2 C M F 2 I àê F 2 (25.11) Ðèñ. 25.9. Ñêîðîñòíûå è ìåõàíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè äâèãàòåëÿ ñ ïàðàëëåëüíûì âîçáóæäåíèåì ïðè ðåãóëèðîâàíèè ÷àñòîòû âðàùåíèÿ ïóòåì èçìåíåíèÿ ìàãíèòíîãî ïîòîêà 288 Òàêèì îáðàçîì, ñ óìåíüøåíèåì ìàãíèòíîãî ïîòîêà ÷àñòîòà âðàùåíèÿ ïðè õîëîñòîì õîäå âîçðàñòàåò, à ìîìåíò ïðè êîðîòêîì çàìûêàíèè ñíèæàåòñÿ. Ñëåäîâàòåëüíî, ìåõàíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè, ïîñòðîåíÐèñ. 25.10. Ìåõàíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèíûå ïðè ðàçëè÷íûõ âåëè÷è- êè äâèãàòåëåé: à — ñ ïàðàëëåëüíûì, á — íàõ ìàãíèòíîãî ïîòîêà, ïåñ ïîñëåäîâàòåëüíûì âîçáóæäåíèåì ðåñåêàþòñÿ ïðè íåêîòîðîì çíà÷åíèè ìîìåíòà Mêð è ÷àñòîòå âðàùåíèÿ, ìåíüøåé ÷àñòîòû âðàùåíèÿ ïðè õîëîñòîì õîäå, íî áîëüøå íóëÿ (ðèñ. 25.9, á). Èç ðàññìîòðåíèÿ ìåõàíè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê âèäíî, ÷òî ïðè çíà÷åíèÿõ íàãðóçî÷íîãî ìîìåíòà, ìåíüøèõ Mêð, óìåíüøåíèå ïîòîêà âåäåò ê óâåëè÷åíèþ ÷àñòîòû âðàùåíèÿ (ñì. òî÷êè C1 è C2 ïðè íàãðóçî÷íîì ìîìåíòå Mí1). Ïðè çíà÷åíèÿõ íàãðóçî÷íîãî ìîìåíòà, áîëüøèõ Mêð, óìåíüøåíèå ïîòîêà ïðèâîäèò ê óìåíüøåíèþ ÷àñòîòû âðàùåíèÿ (ñì. òî÷êè C 1¢ è C 2¢ ïðè íàãðóçî÷íîì ìîìåíòå Mí2).  äâèãàòåëÿõ ïàðàëëåëüíîãî (ðèñ. 25.10, à) è ïîñëåäîâàòåëüíîãî (ðèñ. 25.10, á) âîçáóæäåíèÿ ñðåäíåé è áîëüøîé ìîùíîñòè óìåíüøåíèÿ ïîòîêà èñïîëüçóþò äëÿ ïîâûøåíèÿ ÷àñòîòû âðàùåíèÿ. Óìåíüøåíèå ìàãíèòíîãî ïîòîêà â äâèãàòåëÿõ ïîñëåäîâàòåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ îñóùåñòâëÿþò ïóòåì âêëþ÷åíèÿ ðåãóëèðîâî÷íîãî ðåîñòàòà rð.â ïàðàëëåëüíî îáìîòêå âîçáóæäåíèÿ (ðèñ. 25.11), âñëåäñòâèå ÷åãî òîê âîçáóæäåíèÿ Iâ = I a rð.â = k ð.â I à , (25.12) râ + rð.â ãäå rð.â — ñîïðîòèâëåíèå ðåãóëèðîâî÷íîãî ðåîñòàòà, âêëþ÷åííîãî ïàðàëëåëüíî îáìîòêå âîçáóæäåíèÿ; kð.â — êîýôôèöèåíò ðåãóëèðîâàíèÿ âîçáóæäåíèÿ, Iâ k ð.â = . Ià Ðèñ. 25.11. Ñõåìà âêëþ÷åíèÿ ðåãóëèðîâî÷íîãî ðåîñòàòà â äâèãàòåëå ñ ïîñëåäîâàòåëüíûì âîçáóæäåíèåì 289 Ðàññìîòðåííûé ñïîñîá ðåãóëèðîâàíèÿ âåñüìà ïðîñò è ýêîíîìè÷åí, ïîýòîìó åãî øèðîêî ïðèìåíÿþò íà ïðàêòèêå. Îäíàêî ïðè ýòîì ðåãóëèðîâàíèå ÷àñòîòû âðàùåíèÿ ìîæíî îñóùåñòâèòü òîëüêî â ñðàâíèòåëüíî íåáîëüøîì äèàïàçîíå; îáû÷íî n ìàêñ = 2–5. Íèæíèé ïðåäåë nìèí n ìèí îãðàíè÷èâàåòñÿ íàñûùåíèåì ìàãíèòíîé öåïè ìàøèíû, êîòîðîå íå ïîçâîëÿåò óâåëè÷èâàòü â çíà÷èòåëüíîé ñòåïåíè ìàãíèòíûé ïîòîê. Âåðõíèé ïðåäåë nìàêñ Ðèñ. 25.12. Ñêîðîñòíûå è ìåõàíè÷åîïðåäåëÿåòñÿ óñëîâèÿìè óñòîéñêèå õàðàêòåðèñòèêè äâèãàòåëåé ïðè ðåãóëèðîâàíèè ÷àñòîòû âðàùåíèÿ ÷èâîñòè (ïðè ñèëüíîì óìåíüøåïóòåì èçìåíåíèÿ íàïðÿæåíèÿ íà çà- íèè Ô äâèãàòåëü èäåò â «ðàçæèìàõ ÿêîðÿ: à — ïðè ïàðàëëåëüíîì íîñ»), à òàêæå òåì, ÷òî ïðè ãëóñîåäèíåíèè; á — ïðè ïîñëåäîâàáîêîì îñëàáëåíèè âîçáóæäåíèÿ òåëüíîì ðåçêî óâåëè÷èâàåòñÿ èñêàæàþùåå äåéñòâèå ðåàêöèè ÿêîðÿ è ðàñò¸ò ðåàêòèâíàÿ ÝÄÑ, ÷òî ïîâûøàåò îïàñíîñòú âîçíèêíîâåíèÿ èñêðåíèÿ íà êîëëåêòîðå è ïîÿâëåíèÿ êðóãîâîãî îãíÿ. Èçìåíåíèå íàïðÿæåíèÿ íà çàæèìàõ ÿêîðÿ. Ïðè èçìåíåíèè ïèòàþùåãî íàïðÿæåíèÿ îò U 1 äî U 2 ÷àñòîòû âðàùåíèÿ áóäóò ñîîòâåòñòâåííî îïðåäåëÿòüñÿ ôîðìóëàìè U1 - I a å Ra I a å Ra U = 1 = n 01 - Dn1 , C eF C eF C eF (25.13) I a å Ra I a å Ra U2 n2 = = = n 02 - Dn 2 . C eF C eF C eF n1 =  äâèãàòåëå ñ ïàðàëëåëüíûì âîçáóæäåíèåì ÷àñòîòà âðàùåíèÿ ïðè õîëîñòîì õîäå èçìåíÿåòñÿ ïðîïîðöèîíàëüíî èçìåíåíèþ n U íàïðÿæåíèÿ, ò. å. 02 = 2 , à óìåíüøåíèå ÷àñòîòû âðàùåíèÿ, n 01 U 1 îáóñëîâëåííîå âîçäåéñòâèåì íàãðóçêè, ïðè M í = const îñòàåòñÿ 290 íåèçìåííûì: Dn1 = Dn 2 = const.  ñâÿçè ñ ýòèì ñêîðîñòíûå õàðàêòåðèñòèêè äâèãàòåëÿ ñ ïàðàëëåëüíûì âîçáóæäåíèåì ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé ñåìåéñòâî ïàðàëëåëüíûõ ïðÿìûõ 1, 2 è 3 (ðèñ. 25.12, à). Ìåõàíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè n = f ( M ) ïîëó÷àþòñÿ èç ñêîðîñòíûõ èçìåíåíèåì ìàñøòàáà îñè àáñöèññ, òàê êàê ìîìåíò ïðîïîðöèîíàëåí òîêó ÿêîðÿ. Ñêîðîñòíûå è ìåõàíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè äâèãàòåëÿ ñ ïîñëåäîâàòåëüíûì âîçáóæäåíèåì ñòðîÿòñÿ àíàëîãè÷íî (ðèñ. 25.12, á). Ðåãóëèðîâàíèå ÷àñòîòû âðàùåíèÿ äâèãàòåëÿ ïóòåì èçìåíåíèÿ íàïðÿæåíèÿ íà çàæèìàõ ÿêîðÿ îáû÷íî âåäóò «âíèç», ò. å. óìåíüøàþò íàïðÿæåíèå è ÷àñòîòó âðàùåíèÿ ïî ñðàâíåíèþ ñ íîìèíàëüíûìè. ÂÎÏÐÎÑÛ 25.4.1.1. Ïî÷åìó ðåîñòàòíûå õàðàêòåðèñòèêè äâèãàòåëÿ ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ ñõîäÿòñÿ â îäíîé òî÷êå n0? 25.4.1.2. Óêàæèòå ïðàâèëüíîå ñîîòíîøåíèå âðàùàþùèõ ìîìåíòîâ äâèãàòåëÿ ïîñëåäîâàòåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ ïðè ðàáîòå åãî â òî÷êàõ 1, 2 è 3 õàðàêòåðèñòèê, ïîêàçàííûõ íà ðèñ. 25.8, á. Òî÷êà 1 îòíîñèòñÿ ê åñòåñòâåííîé õàðàêòåðèñòèêå. a) M 1 > M 2 > M 3 ; á) M 1 = M 2 = M 3 ; â) M 1 < M 2 < M 3 . ÂÎÏÐÎÑÛ 25.4.2.1. Óêàæèòå ïðàâèëüíîå ñîîòíîøåíèå âðàùàþùèõ ìîìåíòîâ äâèãàòåëÿ ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ ïðè ðàáîòå åãî â òî÷êàõ 1, 2 è 3 õàðàêòåðèñòèê, ïîêàçàííûõ íà ðèñ. 25.8, à. à) M 1 > M 2 > M 3 ; á) M 1 = M 2 = M 3 ; â) M 1 < M 2 < M 3 . 25.4.2.2. Êàê èçìåíèòñÿ ñêîðîñòü äâèãàòåëÿ ïîñëåäîâàòåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ, åñëè äâèæîê ðåãóëèðîâî÷íîãî ðåîñòàòà (P. C.) (ñì. ðèñ. 25.13) ïåðåäâèíóòü ââåðõ? Ðèñ. 25.13. Ñõåìà âêëþ÷åíèÿ äâèãàòåëÿ ïîñëåäîâàòåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ ïðè ðåãóëèðîâàíèè ìàãíèòíûì ïîòîêîì (Ð. Ñ.— ðåãóëèðîâî÷íîå ñîïðîòèâëåíèå) 291 à) óìåíüøèòñÿ; á) íå èçìåíèòñÿ; â) óâåëè÷èòñÿ. 25.4.3. Ðåãóëèðîâàíèå èçìåíåíèåì íàïðÿæåíèÿ Ðåãóëèðîâàíèå ñêîðîñòè äâèãàòåëÿ ïîñòîÿííîãî òîêà èçìåíåíèåì íàïðÿæåíèÿ îñóùåñòâëÿåòñÿ ïóòåì ïèòàíèÿ äâèãàòåëÿ îò îòäåëüíîãî ãåíåðàòîðà òîêà, êàê ïîêàçàíî íà ñõåìå (ðèñ. 25.14): ÎÂà — îáìîòêà âîçáóæäåíèÿ ãåíåðàòîðà, ÎÂÄ — îáìîòêà âîçáóæäåíèÿ äâèãàòåëÿ. Òàêàÿ ñõåìà ðåãóëèðîâàíèÿ ñêîðîñòè íàçûâàåòñÿ ñõåìîé ãåíåðàòîð–äâèãàòåëü èëè, ñîêðàùåííî, ñõåìîé ÖÄ. Ãåíåðàòîð ïðèâîäèòñÿ â äâèæåíèå ïåðâè÷íûì äâèãàòåëåì (ÏÄ), êîòîðûì îáû÷íî ñëóæèò äâèãàòåëü ïåðåìåííîãî òîêà (àñèíõðîííûé èëè ñèíõðîííûé). Òàê êàê è ãåíåðàòîð, è äâèãàòåëü èìåþò íåçàâèñèìîå âîçáóæäåíèå, òî äëÿ ïèòàíèÿ îáìîòîê âîçáóæäåíèÿ íà îäíîì âàëó ñ ãåíåðàòîðîì è ïåðâè÷íûì äâèãàòåëåì óñòàíàâëèâàåòñÿ íåáîëüøîé ãåíåðàòîð ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ  (âîçáóäèòåëü). Ðèñ. 25.14. Ñõåìà ãåíåðàòîð–äâèãàòåëü: ã — ãåíåðàòîð íåçàâèñèìîãî âîçáóæäåíèÿ; Ä —äâèãàòåëü íåçàâèñèìîãî âîçáóæäåíèÿ; ÏÄ — ïåðâè÷íûé äâèãàòåëü; B — âîçáóäèòåëü, Ï — ïåðåêëþ÷àòåëü íàïðàâëåíèÿ òîêà âîçáóæäåíèÿ ãåíåðàòîðà; p1, p2 — ðåãóëèðîâî÷íûé ðåîñòàò â öåïè âîçáóæäåíèÿ ãåíåðàòîðà è äâèãàòåëÿ ñîîòâåòñòâåííî; ð3 — ðåîñòàò äëÿ ðåãóëèðîâàíèÿ íàïðÿæåíèÿ âîçáóäèòåëÿ 292 Ðåãóëèðîâàíèå ñêîðîñòè âíèç îò îñíîâíîé, îïðåäåëÿåìîé íîìèíàëüíûì íàïðÿæåíèåì íà äâèãàòåëå, ïðîèçâîäèòñÿ èçìåíåíèåì òîêà âîçáóæäåíèÿ ãåíåðàòîðà ñ ïîìîùüþ ðåîñòàòà ð1. Ðåãóëèðîâàíèå ñêîðîñòè ââåðõ îò îñíîâàíèé ìîæåò áûòü âûïîëíåíî çà ñ÷åò îñëàáëåíèÿ ìàãíèòíîãî ïîòîêà äâèãàòåëÿ ðåîñòàòîì ð2. Ñêîðîñòíûå õàðàêòåðèñòèêè äâèãàòåëÿ, ðàáîòàþùåãî â ñèñòåìå ÖÄ, ïîêàçàíû íà ðèñ. 25.12. Ïðè ðåãóëèðîâàíèè ñêîðîñòè íàïðÿæåíèåì (âíèç) îíè ïàðàëëåëüíû äðóã äðóãó. Ñèñòåìà Ã–Ä ïîçâîëÿåò ïðîñòî è óäîáíî îñóùåñòâëÿòü íå òîëüêî ðåãóëèðîâàíèå ñêîðîñòè, íî è äðóãèå îïåðàöèè óïðàâëåíèÿ äâèãàòåëåì.  ÷àñòíîñòè, ïóñê äâèãàòåëÿ ïðîèçâîäèòñÿ áåç ïóñêîâîãî ðåîñòàòà ïîñòåïåííûì ïîäúåìîì íàïðÿæåíèÿ íà ãåíåðàòîðå ñ íóëÿ äî íîìèíàëüíîãî çíà÷åíèÿ. Âîçáóæäåíèå äâèãàòåëÿ ïðè ïóñêå äîëæíî áûòü íàèáîëüøèì. Ðåâåðñèðîâàíèå äâèãàòåëÿ âûïîëíÿåòñÿ èçìåíåíèåì ïîëÿðíîñòè ùåòîê ãåíåðàòîðà çà ñ÷åò èçìåíåíèÿ íàïðàâëåíèÿ òîêà âîçáóæäåíèÿ ñ ïîìîùüþ ïåðåêëþ÷àòåëÿ Ï (ñì. ðèñ. 25.14). Òîðìîæåíèå äâèãàòåëÿ â ñèñòåìå Ã–Ä îñóùåñòâëÿåòñÿ ïåðåâîäîì äâèãàòåëÿ â ãåíåðàòîðíûé ðåæèì. Äëÿ ýòîãî óìåíüøàþò âîçáóæäåíèå ãåíåðàòîðà, íàïðÿæåíèå íà êîòîðîì ïðè ýòîì ñòàíîâèòñÿ ìåíüøå, ÷åì íàïðÿæåíèå íà äâèãàòåëå. Òîê â ÿêîðíîé öåïè ãåíåðàòîðà è äâèãàòåëÿ ìåíÿåò ñâîå íàïðàâëåíèå íà îáðàòíîå, äâèãàòåëü íà÷èíàåò ðàáîòàòü ãåíåðàòîðîì, ãåíåðàòîð — äâèãàòåëåì. Ïåðâè÷íûé äâèãàòåëü, âðàùàåìûé ãåíåðàòîðîì, ðàáîòàþùèì â äâèãàòåëüíîì ðåæèìå, òàêæå ïåðåõîäèò â ãåíåðàòîðíûé ðåæèì, ðåêóïåðèðóÿ ýíåðãèþ òîðìîæåíèÿ â ñåòü (çà âû÷åòîì ïîòåðü âî âñåõ òðåõ ìàøèíàõ). Îñíîâíîé íåäîñòàòîê ñèñòåìû Ã–Ä — åå âûñîêàÿ ñòîèìîñòü âñëåäñòâèå íàëè÷èÿ òðåõ ãëàâíûõ ìàøèí (âìåñòî îäíîé) è îäíîé âñïîìîãàòåëüíîé. Îäíàêî óäîáñòâî óïðàâëåíèÿ àãðåãàòîì è âûñîêèå ðåãóëèðîâî÷íûå ñâîéñòâà îáåñïå÷èâàþò ïîâûøåíèå ïðîèçâîäèòåëüíîñòè ïðèâîäèìîé ðàáî÷åé ìàøèíû, îêóïàþùåå äîïîëíèòåëüíûå ðàñõîäû íà ýëåêòðîîáîðóäîâàíèå. Ïîýòîìó ïðèâîä ïî ñèñòåìå Ã–Ä èñïîëüçóåòñÿ äîñòàòî÷íî øèðîêî â ïðîìûøëåííîñòè è íà òðàíñïîðòå, à òàêæå â óñòðîéñòâàõ, ãäå òðåáóåòñÿ ðåãóëèðîâàíèå ÷àñòîòû âðàùåíèÿ â øèðîêèõ ïðåäåëàõ. Ïðèìåíÿþòñÿ è äðóãèå ñõåìû ðåãóëèðîâàíèÿ ñêîðîñòè, îñíîâàííûå íà òîì æå ïðèíöèïå, ÷òî è ñõåìà ÖÄ. Ðåãóëèðîâàíèå 293 ÷àñòîòû âðàùåíèÿ èçìåíåíèåì íàïðÿæåíèÿ â öåïè ÿêîðÿ îáåñïån ÷èâàåò ïëàâíîå ðåãóëèðîâàíèå â øèðîêîì äèàïàçîíå ìàêñ > 25. n ìèí  íàñòîÿùåå âðåìÿ äëÿ äâèãàòåëåé ìàëîé è ñðåäíåé ìîùíîñòè èñòî÷íèêîì ðåãóëèðóåìîãî íàïðÿæåíèÿ ñëóæèò óïðàâëÿåìûé ïîëóïðîâîäíèêîâûé âûïðÿìèòåëü íà òèðèñòîðàõ. Íåäîñòàòêàìè ýòîãî ìåòîäà ÿâëÿþòñÿ áîëüøèå ìàññà, ãàáàðèòû è ñòîèìîñòü ïðåîáðàçîâàòåëüíîé óñòàíîâêè; ñðàâíèòåëüíî íèçêèé ÊÏÄ (ïîðÿäêà 0,6–0,7), òàê êàê ïðîèçâîäèòñÿ òðåõêðàòíîå ïðåîáðàçîâàíèå ýíåðãèè. ÂÎÏÐÎÑÛ 25.4.3.1. ×òî ïðîèçîéäåò, åñëè â ñèñòåìå Ã–Ä îäíîâðåìåííî óìåíüøèòü íà 20 % âîçáóæäåíèå è ãåíåðàòîðà, è äâèãàòåëÿ? 25.4.3.2.  êàêîì ïîëîæåíèè äîëæíû íàõîäèòüñÿ äâèæêè ðåîñòàòîâ ð1 è ð2 ïðè ïóñêå äâèãàòåëÿ (ñì. ðèñ. 25.14)? à) ð1 — â âåðõíåì, ð2 — â íèæíåì; á) ð1 è ð2 — â âåðõíåì; â) ð1 — â íèæíåì, ð2 — â âåðõíåì. 25.5. Ïîòåðè è ÊÏÄ ìàøèí ïîñòîÿííîãî òîêà Ïîòåðè ìîùíîñòè â ìàøèíàõ ïîñòîÿííîãî òîêà âêëþ÷àþò â ñåáÿ: 1. Ïîòåðè â ñòàëè ÿêîðÿ (íà âèõðåâûå òîêè è ãèñòåðåçèñ). 2. Ïîòåðè â ìåäè ÿêîðíîé îáìîòêè (â òîì ÷èñëå è ïîòåðè â ïåðåõîäíîì êîíòàêòå ùåòêà—êîëëåêòîð). 3. Ïîòåðè â îáìîòêå âîçáóæäåíèÿ. 4. Ìåõàíè÷åñêèå ïîòåðè (íà òðåíèå è âåíòèëÿöèþ ìàøèíû). 5. Äîáàâî÷íûå ïîòåðè. Êîýôôèöèåíò ïîëåçíîãî äåéñòâèÿ ìàøèíû ïîñòîÿííîãî òîêà ïîä÷èíÿåòñÿ òåì æå çàêîíîìåðíîñòÿì, ÷òî è ÊÏÄ äðóãèõ òèïîâ ýëåêòðè÷åñêèõ ìàøèí. Íîìèíàëüíûé ÊÏÄ çàâèñèò ïðåæäå âñåãî îò íîìèíàëüíîé ìîùíîñòè ìàøèíû è ëåæèò â ïðåäåëàõ îò 0,96 (äëÿ ìîùíûõ ìàøèí) äî 0,7–0,75 (äëÿ ìàøèí ìàëîé ìîùíîñòè). Äëÿ ìàøèí î÷åíü ìàëîé ìîùíîñòè (ìèêðîìàøèí) îí äîõîäèò äî 0,3–0,4. 294 Ðàáî÷èé ÊÏÄ, êàê è äëÿ ëþáîé ýëåêòðè÷åñêîé ìàøèíû, çàâèñèò îò íàãðóçêè. Êðèâàÿ h= f (P2 ) ïî ñâîèì î÷åðòàíèÿì âïîëíå ïîäîáíà àíàëîãè÷íûì êðèâûì äëÿ äðóãèõ òèïîâ ýëåêòðè÷åñêèõ ìàøèí, ðàññìîòðåííûõ ðàíåå. Îòâåòû íà âîïðîñû äëÿ ñàìîïðîâåðêè ê ëåêöèÿì 20–25 Îòâåòû ïî ïóíêòó «à» 20.3.1. Îòâåò íåâåðåí. 20.3.2. Îòâåò ïðàâèëåí. 20.4.1. y1 = 4, y 2 = -3, y = 1, y ê = 1. 20.4.2. y1 = 4, y 2 = 4, y = 8, y ê = 8. 20.4.3. Îòâåò íåâåðåí. 20.5.1. Îòâåò íåïðàâèëåí. 20.5.2. Îòâåò íåâåðåí. 21.1.1. Îòâåò íåâåðåí. 21.1.2. Îòâåò ïðàâèëåí. 22.1.1. Îòâåò íåâåðåí. 23.2.1. Îòâåò íåïðàâèëåí. 23.2.2. Îòâåò ïðàâèëåí. 23.2.3. Îòâåò íåâåðåí. Íå ó÷òåíî, ÷òî ÝÄÑ õîëîñòîãî õîäà áîëüøå, ÷åì ÝÄÑ ïðè íàãðóçêå. 23.3.1.2. Îòâåò íåâåðåí. 23.3.2.1. Îòâåò ïðàâèëåí. 0, 05U íîì 0, 05 × 230 23.3.2.2. I ê = = = 160 À. ra 0, 072 24.1.1. Îòâåò íåâåðåí. 24.1.2. Îòâåò ïðàâèëåí. 24.2.1. Îòâåò íåâåðåí. 24.2.2. Îòâåò âåðåí. 24.3.1. Îòâåò íåâåðåí. 24.3.3. Îòâåò íåïðàâèëåí. 24.4.1. Îòâåò íåâåðåí. 24.4.2. Îòâåò ïðàâèëåí. 24.5.1. Îòâåò ïðàâèëåí. 24.5.2. Îòâåò íåâåðåí. 25.1.2. Îòâåò íåïðàâèëåí. 295 25.3.1.1. Îòâåò íåïðàâèëåí. 25.3.2.1. Îòâåò íåâåðåí. Óáåäèòåñü â ýòîì ñ ïîìîùüþ ïðàâèëà ëåâîé ðóêè. 25.3.2.2. Îòâåò ïðàâèëåí. 25.3.3.2. Îòâåò ïðàâèëåí. 25.4.1.2. Îòâåò íåïðàâèëåí. 25.4.2.1. Îòâåò âåðåí. 25.4.2.2. Îòâåò íåâåðåí. 25.4.3.2. Îòâåò íåâåðåí. Îòâåòû ïî ïóíêòó «á» 20.3.1. Îòâåò íåâåðåí. 20.3.2. Îòâåò íåâåðåí. 20.4.3. Îòâåò ïðàâèëåí. 20.5.1. Îòâåò âåðåí. 20.5.2. Îòâåò íåâåðåí. 21.1.1. Îòâåò íåâåðåí. 21.1.2. Îòâåò íåïðàâèëåí. 22.1.1. Îòâåò íåâåðåí. 23.2.1. Îòâåò íåïðàâèëåí, 23.2.2. Îòâåò íåâåðåí. 23.2.3. Îòâåò ïðàâèëåí. 23.3.1.2. Îòâåò íåïðàâèëåí. 23.3.2.1. Îòâåò íåâåðåí. 24.1.1. Îòâåò íåïðàâèëåí. 24.1.2. Îòâåò íåâåðåí. 24.2.1. Îòâåò ïðàâèëåí. 24.2.2. Îòâåò íåïðàâèëåí. 24.3.1. Îòâåò âåðåí. 24.3.3. Îòâåò ïðàâèëåí. 24.4.1. Îòâåò íåâåðåí. 24.4.2. Îòâåò íåïðàâèëåí. 24.5.1. Îòâåò íåïðàâèëåí. 24.5.2. Îòâåò íåâåðåí. 25.1.2. Îòâåò ïðàâèëåí. 25.3.1.1. Îòâåò íåïðàâèëåí. 25.3.2.1. Îòâåò âåðåí. 25.3.2.2. Îòâåò íåâåðåí. 296 25.3.3.2. Îòâåò íåïðàâèëåí. 25.4.1.2. Îòâåò ïðàâèëåí. 25.4.2.1. Îòâåò íåïðàâèëåí. 25.4.2.2. Îòâåò íåâåðåí. 25.4.3.2. Îòâåò íåïðàâèëåí. Îòâåòû ïî ïóíêòó «â» 20.3.1. Îòâåò ïðàâèëåí. 20.4.3. Îòâåò íåïðàâèëåí. 20.5.2. Îòâåò âåðåí. 21.1.1. Îòâåò ïðàâèëåí. 22.1.1. Îòâåò ïðàâèëåí. 23.2.1. Îòâåò âåðåí. 23.2.3. Îòâåò íåâåðåí. 23.3.1.2. Îòâåò ïðàâèëåí. 23.3.2.1. Îòâåò íåïðàâèëåí. 24.1.1. Îòâåò âåðåí. 24.1.2. Îòâåò íåâåðåí. 24.2.1. Îòâåò íåâåðåí. 24.2.2. Îòâåò íåïðàâèëåí. 24.3.3. Îòâåò íåâåðåí. 24.4.1. Îòâåò ïðàâèëåí. 24.5.1. Îòâåò íåâåðåí. 24.5.2. Îòâåò ïðàâèëåí. 25.1.2. Îòâåò íåâåðåí. 25.3.3.1.1. Îòâåò âåðåí. 25.4.1.2. Îòâåò íåïðàâèëåí. 25.4.2.1. Îòâåò íåâåðåí. 25.4.2.2. Îòâåò ïðàâèëåí. 25.4.3.2. Îòâåò ïðàâèëåí. Ïîÿñíåíèÿ ê âîïðîñàì äëÿ ñàìîïðîâåðêè ê ëåêöèÿì 20–25 Âîïðîñ 20.2.1. ßêîðü ïðè ñâîåì âðàùåíèè ïîî÷åðåäíî ïðîõîäèò ïîä ïîëþñàìè ðàçíîé ïîëÿðíîñòè, è â åãî ñåðäå÷íèêå èíäóêòèðóþòñÿ âèõðåâûå òîêè.  ñòàíèíå ìàøèíû ìàãíèòíûé ïîòîê â óñòàíîâèâøèõñÿ ðåæèìàõ ïîñòîÿííûé. 297 Âîïðîñ 20.2.2. Ñîçäàíèå âîçäóøíîãî ïîòîêà, íåîáõîäèìîãî äëÿ îõëàæäåíèÿ ìàøèíû. Âîïðîñ 20.4.3. ×åðåç ùåòêó ïðîõîäèò òîê äâóõ ïàðàëëåëüíûõ âåòâåé. Âîïðîñ 20.5.2. Ïðè ïåòëåâîé îáìîòêå â ýòîì ñëó÷àå a = 2, è ÝÄÑ áóäåò â äâà ðàçà ìåíüøå. Âîïðîñ 21.1.1. Ïîòîê Ô ïðè íàãðóçêå ìàøèíû ìåíüøå ïîòîêà Ô0 ïðè õîëîñòîì õîäå è ÝÄÑ E ìåíüøå ÝÄÑ E0. Âîïðîñ 21.1.2. Èç ðèñ. 22.3 ïî íàïðàâëåíèþ òîêà â ÿêîðíûõ ïðîâîäíèêàõ âèäíî, ÷òî ãåíåðàòîð âðàùàåòñÿ ïî ÷àñîâîé ñòðåëêå è ôèçè÷åñêàÿ íåéòðàëü ñìåùàåòñÿ ïî íàïðàâëåíèþ âðàùåíèÿ. Âîïðîñ 21.1.3. Ïðè ñäâèãå ùåòîê ñ ãåîìåòðè÷åñêîé íåéòðàëè ïîëå ðåàêöèè ÿêîðÿ áóäåò íàïðàâëåíî ïîä óãëîì ê îñíîâíîìó ïîëþ. Ïîÿâèòñÿ ïðîäîëüíàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ ðåàêöèè ÿêîðÿ, îñëàáëÿþùàÿ îñíîâíîå ïîëå ãåíåðàòîðà ïðè ñäâèãå ùåòîê ïî íàïðàâëåíèþ âðàùåíèÿ è óñèëèâàþùàÿ åãî ïðè ñäâèãå ùåòîê ïðîòèâ âðàùåíèÿ. Âîïðîñ 22.1.1. Ïðè óâåëè÷åíèè ñêîðîñòè ÿêîðÿ óìåíüøàåòñÿ ïåðèîä êîììóòàöèè Têîì è óâåëè÷èâàåòñÿ ñêîðîñòü èçìåíåíèÿ òîêà â ñåêöèè è ÝÄÑ er. Âîïðîñ 22.1.2. Êîììóòàöèÿ ðåçêî óõóäøèòñÿ, òàê êàê êîììóòèðóþùåå ïîëå (ïîëå ãëàâíûõ ïîëþñîâ) â ýòîì ñëó÷àå áóäåò èíäóêòèðîâàòü â ñåêöèè ÝÄÑ eêîì, íàïðàâëåííóþ ñîãëàñíî ñ ðåàêòèâíîé ÝÄÑ er. Âîïðîñ 22.1.3.  ñëó÷àå íàñûùåííûõ ñåðäå÷íèêîâ äîáàâî÷íûõ ïîëþñîâ ìàãíèòíàÿ èíäóêöèÿ êîììóòèðóþùåãî ïîëÿ è, ñîîòâåòñòâåííî, ÝÄÑ eêîì íå áóäóò ïðîïîðöèîíàëüíûìè òîêó ÿêîðÿ, è êîìïåíñàöèÿ ðåàêòèâíîé ÝÄÑ er êîììóòèðóþùåé eêîì áóäåò íàðóøåíà. Âîïðîñ 23.2.1. ÝÄÑ ïðÿìî ïðîïîðöèîíàëüíà ÷èñëó îáîðîòîâ ãåíåðàòîðà, è n 2 > n1 . Âîïðîñ 23.2.2. Óâåëè÷åíèå òîêà âîçáóæäåíèÿ óâåëè÷èò ÝÄÑ, à çíà÷èò, è íàïðÿæåíèå ãåíåðàòîðà ïðè õîëîñòîì õîäå. Âîïðîñ 23.3.1.1. Ïîìåíÿòü êîíöû îáìîòêè âîçáóæäåíèÿ, ïðèñîåäèíÿåìûå ê ÿêîðþ. Ìîæíî òàêæå èçìåíèòü íàïðàâëåíèå âðàùåíèÿ ÿêîðÿ, åñëè ýòî âîçìîæíî è äîïóñòèìî. Âîïðîñ 23.3.1.2. Åñëè ïîñòðîèòü õàðàêòåðèñòèêó õîëîñòîãî õîäà äëÿ ñêîðîñòè 0,5n1 è âîëüòàìïåðíóþ õàðàêòåðèñòèêó öåïè 298 âîçáóæäåíèÿ (ïóòåì ñîåäèíåíèÿ íà÷àëà êîîðäèíàò è òî÷êè À ïðÿìîé ëèíèåé), òî áóäåò âèäíî, ÷òî ìàøèíà íå âîçáóäèòñÿ, òàê êàê äëÿ äàííîé ñêîðîñòè ñîïðîòèâëåíèå öåïè âîçáóæäåíèÿ áóäåò áîëüøå êðèòè÷åñêîãî. Âîïðîñ 23.3.2.1. Ïîñêîëüêó ñêîðîñòü âðàùåíèÿ ÿêîðÿ âî âñåõ ñëó÷àÿõ îäèíàêîâà, òî áîëåå âûñîêîå íàïðÿæåíèå ïðè òîì æå òîêå ÿêîðÿ ìîæåò áûòü ïîëó÷åíî çà ñ÷åò áîëüøåãî òîêà âîçáóæäåíèÿ, ò. å. ìåíüøåãî ñîïðîòèâëåíèÿ öåïè âîçáóæäåíèÿ. Âîïðîñ 23.4.1. Óâåëè÷èòü ÷èñëî âèòêîâ ïîñëåäîâàòåëüíîé îáìîòêè. Âîïðîñ 23.4.2. Ïîñëåäîâàòåëüíàÿ îáìîòêà áûëà âêëþ÷åíà íàâñòðå÷ó ïàðàëëåëüíîé. Âîïðîñ 24.1.1. Óâåëè÷åíèå òîêà âîçáóæäåíèÿ äàñò óâåëè÷åíèå ìàãíèòíîãî ïîòîêà, ÷òî ïðè ïîñòîÿííîì ìîìåíòå äâèãàòåëÿ ïðèâåäåò ê óìåíüøåíèþ òîêà ÿêîðÿ. Âîïðîñ 24.1.2. 2p Ce = = 0,1045. 60 CM Âîïðîñ 24.2.1. Ñîïîñòàâëÿÿ óðàâíåíèÿ íàïðÿæåíèé ãåíåðàòîðà (23.1) è äâèãàòåëÿ (24.4), âèäèì, ÷òî ïðè îäèíàêîâûõ íàïðÿæåíèÿõ è òîêàõ E ar = E ag + 2ra I a . Âîïðîñ 24.2.2. Ñ óìåíüøåíèåì ñêîðîñòè óìåíüøàåòñÿ ÝÄÑ, è ñîãëàñíî (24.5) òîê óâåëè÷èâàåòñÿ. Âîïðîñ 24.2.3. Èç (21.2) è (24.3) èìååì ñëåäóþùåå ñîîòíîøåíèå: 60 CM = = 9,55, 2p Ce C M F = 9,55C e F = 9,55 × 0,134 = 1, 28, M ýì.íîì = Ñ M FI a.íîì = 1, 28 × 32, 2 = 41, 2 Í·ì. Âîïðîñ 24.3.1. Äëÿ óâåëè÷åíèÿ ñêîðîñòè n0 äîñòàòî÷íî óìåíüøèòü ìàãíèòíûé ïîòîê, ââåäÿ ðåîñòàò â öåïü âîçáóæäåíèÿ. Âîïðîñ 24.3.2. Ââåñòè äîáàâî÷íîå ñîïðîòèâëåíèå â öåïü ÿêîðÿ äâèãàòåëÿ. 299 Âîïðîñ 24.3.3.  äâèãàòåëå ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ òîê ÿêîðÿ è ìîìåíò ïðîïîðöèîíàëüíû, è ïðè äâóêðàòíîì óâåëè÷åíèè ìîìåíòà â 2 ðàçà óâåëè÷èòñÿ òîê ÿêîðÿ è â 4 ðàçà âîçðàñòóò ïîòåðè. Âîïðîñ 24.4.1. Òîê â ïîñëåäîâàòåëüíîé îáìîòêå âî ìíîãî ðàç áîëüøå òîêà â ïàðàëëåëüíîé îáìîòêå. Ñëåäîâàòåëüíî, ÷èñëî âèòêîâ ïîñëåäîâàòåëüíîé îáìîòêè áóäåò çíà÷èòåëüíî ìåíüøå, ÷åì ó ïàðàëëåëüíîé. Âîïðîñ 24.4.2. Åñëè òîê ÿêîðÿ áîëüøå íîìèíàëüíîãî, òî áóäåò áîëüøå è ìàãíèòíûé ïîòîê. Ñëåäîâàòåëüíî, ìîìåíò áóäåò áîëüøå íîìèíàëüíîãî. Åñëè òîê áóäåò ìåíüøå íîìèíàëüíîãî, òî ìåíüøå áóäåò è ïîòîê, è ìîìåíò. Âîïðîñ 24.4.3. Ïî íîìèíàëüíûì äàííûì äâèãàòåëÿ îïðåäåëÿåì U - ra I íîì 220 - 0, 87 × 36 C e F íîì = íîì = = 0, 222. n íîì 850 Èç êðèâîé ðèñ. 24.6 íàõîäèì, ÷òî ïðè òîêå ìèíàëüíîãî îòíîñèòåëüíûé ïîòîê 25, 2 = 0, 7 îò íî36 F ðàâåí 0,85. Òîãäà ïðè F íîì I a = 25, 2 À. C e F = 0, 85C e F íîì = 0, 85 × 0, 222 = 0,189 è n= 220 - 0, 87 × 25, 2 = 1050 îá/ìèí. 0,189 Âîïðîñ 24.5.1. Ïðè âñòðå÷íîì âêëþ÷åíèè ïîñëåäîâàòåëüíîé îáìîòêè ìàãíèòíûé ïîòîê â äâèãàòåëå áóäåò ìåíüøå, à ñêîðîñòü åãî — áîëüøå. Âîïðîñ 24.5.2. ×åì áîëüøå ÷èñëî âèòêîâ ïîñëåäîâàòåëüíîé îáìîòêè, òåì áîëüøå ïðè òîì æå òîêå ÿêîðÿ ìàãíèòíûé ïîòîê è ìåíüøå ñêîðîñòü äâèãàòåëÿ. Âîïðîñ 25.1.1. Òîê âîçáóæäåíèÿ äâèãàòåëÿ Iâ = 300 220 = 1, 23 À. 178 Íîìèíàëüíûé òîê ÿêîðÿ I a . íîì = 42, 6 - 1, 23 = 41, 37 À. Ïóñêîâîé òîê ÿêîðÿ ïðè ïðÿìîì âêëþ÷åíèè Iï = 220 = 733 À. 0, 3 Êðàòíîñòü ïóñêîâîãî òîêà 733 Iï = = 17 , 2. 42, 6 I íîì Îáùåå ñîïðîòèâëåíèå ÿêîðíîé öåïè ïðè ðåîñòàòíîì ïóñêå R ð.ï = 220 = 2, 66 Îì. 2 × 41, 37 Ñîïðîòèâëåíèå ïóñêîâîãî ðåîñòàòà R ï.ð = 2, 66 - 0, 3 = 2, 36 Îì. Âîïðîñ 25.1.2. Ïóñêîâîé ìîìåíò áóäåò áîëüøå ïðè ïîñëåäîâàòåëüíîì âîçáóæäåíèè, òàê êàê â ýòîì ñëó÷àå áóäåò áîëüøå ìàãíèòíûé ïîòîê ïðè ïóñêå. Âîïðîñ 25.1.3. Äëÿ îáåñïå÷åíèÿ õîðîøåãî ïóñêîâîãî ìîìåíòà ìàãíèòíûé ïîòîê äâèãàòåëÿ, à ñëåäîâàòåëüíî, è òîê âîçáóæäåíèÿ ïðè ïóñêå äîëæíû áûòü íàèáîëüøèìè. Âîïðîñ 25.2.1. Åñëè ïîìåíÿòü ìåñòàìè ïèòàþùèå äâèãàòåëü ïðîâîäà, òî îäíîâðåìåííî èçìåíèòñÿ è íàïðàâëåíèå òîêà â ÿêîðå, è íàïðàâëåíèå ìàãíèòíîãî ïîòîêà. Íàïðàâëåíèå äåéñòâèÿ âðàùàþùåãî ìîìåíòà îñòàíåòñÿ áåç èçìåíåíèé. Âîïðîñ 25.2.2. Ñì. ðèñ. 25.11. Âîïðîñ 25.3.1.1. Êàê âèäíî èç ôîðìóëû (24.7), ïðè îòðèöàòåëüíîì ìîìåíòå U ra n= + M, C e F C e FC M F è ñ óâåëè÷åíèåì ñîïðîòèâëåíèÿ ÿêîðíîé öåïè ñêîðîñòü äâèãàòåëÿ ïðè ïîñòîÿííîì òîðìîçíîì ìîìåíòå áóäåò óâåëè÷èâàòüñÿ. 301 Âîïðîñ 25.3.1.2. Ïðè ïåðåõîäå â ãåíåðàòîðíûé ðåæèì òîê ÿêîðÿ, à çíà÷èò, è òîê â ïîñëåäîâàòåëüíîé îáìîòêå ìåíÿåò ñâîå íàïðàâëåíèå, â òî âðåìÿ êàê òîê â ïàðàëëåëüíîé îáìîòêå îñòàíåòñÿ íåèçìåííûì. Ïîñëåäîâàòåëüíàÿ îáìîòêà íà÷èíàåò äåéñòâîâàòü íàâñòðå÷ó ïàðàëëåëüíîé, îñëàáëÿÿ ìàãíèòíûé ïîòîê è ðåçêî óâåëè÷èâàÿ êðóòèçíó õàðàêòåðèñòèêè. ×òîáû íå óñëîæíÿòü ïåðåâîä â ãåíåðàòîðíûé ðåæèì ïåðåêëþ÷åíèåì ïîñëåäîâàòåëüíîé îáìîòêè, åå îòêëþ÷àþò. Âîïðîñ 25.3.2.2. Ïðè óâåëè÷åíèè ñîïðîòèâëåíèÿ óâåëè÷èâàåòñÿ êðóòèçíà òîðìîçíîé õàðàêòåðèñòèêè, è òîðìîçíîé ìîìåíò ïðè òîé æå ñêîðîñòè ñíèæàåòñÿ. Âîïðîñ 25.3.3.1. C eF = n= U íîì - ra I a . íîì 220 - 0, 3 × 41, 4 = = 0,138, n íîì 1500 -(ra + rT )I a C eF = -(0, 3 + 2) × 50 0,138 = -833 îá/ìèí. Âîïðîñ 25.3.3.2. Ìàãíèòíûé ïîòîê â äâèãàòåëå ïðè òîðìîæåíèè ïî ðèñ. 25.6, á áóäåò ïîñòîÿííûì, õàðàêòåðèñòèêè áóäóò ëèíåéíûìè, ïîäîáíî õàðàêòåðèñòèêàì äâèãàòåëÿ ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ â ýòîì æå ðåæèìå. Âîïðîñ 25.4.1.1. Êàê âèäíî èç ôîðìóëû (24.6), ïðè èäåàëüíîì õîëîñòîì õîäå äâèãàòåëÿ ( I a = 0) ñêîðîñòü n0 íå çàâèñèò îò ñîïðîòèâëåíèÿ ÿêîðíîé öåïè è áóäåò îäèíàêîâà äëÿ âñåõ ðåîñòàòíûõ õàðàêòåðèñòèê. Âîïðîñ 25.4.1.2. Ïðè ïîñëåäîâàòåëüíî âêëþ÷åííîì â öåïü ÿêîðÿ ðåãóëèðîâî÷íîì ñîïðîòèâëåíèè òîê ÿêîðÿ ÿâëÿåòñÿ è òîêîì âîçáóæäåíèÿ. Ñëåäîâàòåëüíî, ïðè îäíîì è òîì æå òîêå ÿêîðÿ â äâèãàòåëå áóäóò îäèÐèñ. 25.16. Ñõåìû ðåâåðñèðîâàíèÿ äâè- íàêîâûå ïîòåðè è îí áóäåò ðàçâèâàòü îäèíàêîâûå ìîìåíòû. ãàòåëÿ ïîñëåäîâàòåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ 302 Âîïðîñ 25.4.2.1. Ìàãíèòíûå ïîòîêè â òî÷êàõ 1, 2 è 3: F1 > F 2 > F 3. Ñëåäîâàòåëüíî, ïðè îäèíàêîâîì òîêå ÿêîðÿ M1 > M 2 > M 3. Âîïðîñ 25.4.2.2. Ïðè óìåíüøåíèè øóíòèðóþùåãî ñîïðîòèâëåíèÿ Ð. Ñ. òîê â îáìîòêå âîçáóæäåíèÿ è, ñîîòâåòñòâåííî, ìàãíèòíûé ïîòîê óìåíüøàòñÿ, ñêîðîñòü óâåëè÷èòñÿ. Âîïðîñ 25.4.3.1. Óìåíüøåíèå âîçáóæäåíèÿ ãåíåðàòîðà âûçîâåò óìåíüøåíèå íàïðÿæåíèÿ íà äâèãàòåëå, à óìåíüøåíèå âîçáóæäåíèÿ äâèãàòåëÿ — óìåíüøåíèå ìàãíèòíîãî ïîòîêà.  ðåçóëüòàòå ñêîðîñòü äâèãàòåëÿ ëèáî íå èçìåíèòñÿ, ëèáî èçìåíèòñÿ íåçíà÷èòåëüíî. Âîïðîñ 25.4.3.2. Ïðè ïóñêå äâèãàòåëÿ âîçáóæäåíèå ãåíåðàòîðà äîëæíî áûòü ìèíèìàëüíûì (äâèæîê ðåîñòàòà ð1 íàõîäèòñÿ â íèæíåì ïîëîæåíèè), âîçáóæäåíèå äâèãàòåëÿ — ìàêñèìàëüíûì (äâèæîê ðåîñòàòà ð2 â âåðõíåì ïîëîæåíèè). Ëåêöèÿ 26 ÓÍÈÂÅÐÑÀËÜÍÛÉ ÊÎËËÅÊÒÎÐÍÛÉ ÄÂÈÃÀÒÅËÜ 26.1. Ýëåêòðîìàãíèòíûé ìîìåíò è õàðàêòåðèñòèêè ïðè ðàáîòå íà ïåðåìåííîì òîêå Óíèâåðñàëüíûå êîëëåêòîðíûå äâèãàòåëè ìîãóò ðàáîòàòü îò èñòî÷íèêîâ êàê ïîñòîÿííîãî, òàê è îäíîôàçíîãî ïåðåìåííîãî òîêà (ðèñ. 26.1). Óíèâåðñàëüíûé äâèãàòåëü óñòðîåí ïðèíöèïèàëüíî òàê æå, êàê è äâèãàòåëü ïîñòîÿííîãî òîêà ñ ïîñëåäîâàòåëüíûì âîçáóæäåíèåì. Îäíàêî ïî ñâîåé êîíñòðóêöèè óíèâåðñàëüíûé äâèãàòåëü îòëè÷àåòñÿ îò äâèãàòåëÿ ïîñòîÿííîãî òîêà òåì, ÷òî èõ ñòàíèíà Ðèñ. 26.1. Ñõåìà âêëþ- è ãëàâíûå ïîëþñû äåëàþò øèõòîâàííûìè ÷åíèÿ óíèâåðñàëüíîãî èç ëèñòîâîé ýëåêòðîòåõíè÷åñêîé ñòàëè. Êàêîëëåêòîðíîãî äâèãàòóøêè îáìîòêè âîçáóæäåíèÿ âûïîëíÿþò òåëÿ ñ îòâåòâëåíèÿìè, òàê êàê ïðè ðàáîòå íà ïåðåìåííîì òîêå íîìèíàëüíàÿ ÷àñòîòà âðàùåíèÿ îêàçûâàåòñÿ ìåíüøåé (èç-çà ïàäåíèÿ íàïðÿæåíèÿ â èíäóêòèâíîì ñîïðîòèâëåíèè äâèãàòåëÿ), ÷åì ïðè ðàáîòå íà ïîñòîÿííîì òîêå. Ïðè ðàáîòå äâèãàòåëÿ íà ïåðåìåííîì òîêå òîê ÿêîðÿ è ìàãíèòíûé ïîòîê èçìåíÿþòñÿ ïî ñèíóñîèäàëüíîìó çàêîíó: i a = I am sin wt = 2 I a sin wt, 304 (26.1) F = F m sin(wt - d ), (26.2) ãäå d — óãîë ñäâèãà ìåæäó òîêîì ÿêîðÿ è ìàãíèòíûì ïîòîêîì. Ìãíîâåííîå çíà÷åíèå ýëåêòðîìàãíèòíîãî ìîìåíòà M = C M F m sin(wt - d )I am sin wt = = 0,5 2C M F m I a [cos d - cos(2wt + d )]. (26.3) Ãðàôèêè èçìåíåíèÿ òîêà ia, ìàãíèòíîãî ïîòîêà Ô è ýëåêòðîìàãíèòíîãî ìîìåíòà M ïîêàçàíû íà ðèñ. 26.2. Ìîìåíò äâèãàòåëÿ ìîæåò áûòü ïðåäñòàâëåí â âèäå äâóõ ñîñòàâëÿþùèõ: ïîñòîÿííîé; ïåðåìåííîé, êîòîðàÿ èçìåíÿåòñÿ ñ äâîéíîé ÷àñòîòîé: M ïîñò = 0,5 2C M F m I a cos d, (26.4) M ïåð = 0,5 2C M F m I a cos(2wt + d ), (26.5) M ñð = M ïîñò = 0,5 2C M F m I a cos d = C ¢M F m I a¢ , (26.6) ãäå C ¢M = 0,5 2C M , I a¢ = I a cos d. Ðèñ. 26.2. Óíèâåðñàëüíûé êîëëåêòîðíûé äâèãàòåëü: à — ãðàôèê èçìåíåíèÿ òîêà ÿêîðÿ, ïîòîêà è ýëåêòðîìàãíèòíîãî ìîìåíòà; á — âåêòîðíàÿ äèàãðàììà ïðè ðàáîòå íà ïåðåìåííîì òîêå Óðàâíåíèå ýëåêòðè÷åñêîãî ðàâíîâåñèÿ èìååò âèä U& = -E& + I a å ra + jI a å x a , (26.7) ãäå å ra è å x a — ñóììà àêòèâíûõ è ðåàêòèâíûõ ñîïðîòèâëåíèé â öåïè îáìîòêè ÿêîðÿ. 305 ÝÄÑ, èíäóêòèðóåìàÿ â îáìîòêå ÿêîðÿ, E = C e¢ F m n. (26.8) Âåêòîðíàÿ äèàãðàììà, ñîîòâåòñòâóþùàÿ óðàâíåíèþ (26.7), ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ. 26.2, á. Èç óðàâíåíèé (26.7) è (26.8) çàâèñèìîñòü ÷àñòîòû âðàùåíèÿ îò òîêà ÿêîðÿ U& - I& a å R a - jI a å x a E . (26.9) n= = C eF m C eF m Íà îñíîâàíèè (26.6) è (26.9) ñòðîÿòñÿ çàâèñèìîñòè n = f (I a ), M = f (I a ) è n = f ( M ) (ðèñ. 26.3). Îäíàêî ïðè ïåðåìåííîì òîêå â ÷èñëèòåëå (26.9) ïîÿâëÿåòñÿ äîïîëíèòåëüíûé ÷ëåí jI a å x a , ñäâèãàþùèé ìåõàíè÷åñêóþ õàðàêòåðèñòèêó äâèãàòåëÿ â îáëàñòü áîëåå íèçêèõ ÷àñòîò âðàùåíèÿ (ðèñ. 26.3, à, êðèâàÿ 2). Äëÿ òîãî ÷òîáû ïðèáëèçèòü åå ê ìåõàíè÷åñêîé õàðàêòåðèñòèêå ïðè ïîñòîÿííîì òîêå (êðèâàÿ 1), ÷àñòü âèòêîâ îáìîòêè âîçáóæäåíèÿ ïðè ïåðåõîäå íà ïèòàíèå ïåðåìåííûì òîêîì îòêëþ÷àþò, ò. å. óìåíüøàþò ìàãíèòíûé ïîòîê ìàøèí. Ïðè ýòîì îáåñïå÷èâàþòñÿ îäèíàêîâûå íîìèíàëüíûå ÷àñòîòû âðàùåÐèñ. 26.3. Ìåõàíè÷åñêèå è ðàáî÷èå õàðàêòåðèñòèêè óíèâåðñàëüíîãî êîëëåê- íèÿ äâèãàòåëÿ äëÿ îáîèõ ðåæèòîðíîãî äâèãàòåëÿ: - - - — íà ïåðå- ìîâ ðàáîòû (êðèâàÿ 3). ìåííîì òîêå; ––– — íà ïîñòîÿííîì  ñâÿçè ñ óìåíüøåíèåì òîêå ìàãíèòíîãî ïîòîêà äâèãàòåëÿ ïðè ðàáîòå íà ïåðåìåííîì òîêå åãî ìàãíèòíàÿ ñèñòåìà îêàçûâàåòñÿ ìåíåå íàñûùåííîé, ÷åì ïðè ðàáîòå íà ïîñòîÿííîì òîêå. Ïîýòîìó ïðè ðàáîòå â ðàññìàòðèâàåìîì ðåæèìå çàâèñèìîñòü M = f (I a ) ïðèáëèæàåòñÿ ê ïàðàáîëè÷åñêîé; çàâèñèìîñòü n = f (I a ) — ê ãèïåðáîëè÷åñêîé â áîëüøåì äèàïàçîíå èçìåíåíèÿ òîêà, ÷åì ïðè ïîñòîÿííîì òîêå, à ìåõàíè÷åñêàÿ õàðàêòåðèñòèêà ñòàíîâèòñÿ áîëåå ìÿãêîé. 306 ÊÏÄ äâèãàòåëÿ ïðè ïåðåìåííîì òîêå ìåíüøå, ÷åì ïðè ïîñòîÿííîì, èç-çà ïîÿâëåíèÿ ðåàêòèâíîé ñîñòàâëÿþùåé è óâåëè÷åíèÿ àêòèâíîé ñîñòàâëÿþùåé âñëåäñòâèå âîçðàñòàíèÿ ïîòåðü â ñòàëè. Ïðè ðàáîòå íà ïåðåìåííîì òîêå ðåãóëèðîâàíèå ÷àñòîòû âðàùåíèÿ îñóùåñòâëÿþò, â îñíîâíîì, èçìåíåíèåì ïèòàþùåãî íàïðÿæåíèÿ; ðåæå — âêëþ÷åíèåì ðåîñòàòà â öåïè ÿêîðÿ. Ïðè ðàáîòå íà ïåðåìåííîì òîêå â êîììóòèðóåìîé ñåêöèè, êðîìå ðåàêòèâíîé ÝÄÑ eð, èíäóêòèðóåòñÿ åùå òðàíñôîðìàòîðíàÿ ÝÄÑ eòð, òàê êàê ýòà ñåêöèÿ ñöåïëåíà ñ ïåðåìåííûì ìàãíèòíûì ïîòîêîì. Ðåàêòèâíàÿ ÝÄÑ âîçíèêàåò òàê æå, êàê è â ìàøèíå ïîñòîÿííîãî òîêà, â ðåçóëüòàòå èçìåíåíèÿ òîêà ia â êîììóòèðóåìîé ñåêöèè ïðè ïåðåõîäå åå èç îäíîé ïàðàëëåëüíîé âåòâè â äðóãóþ. Îäíàêî â äàííîì ñëó÷àå òîêè +ia è –ia â êàæäîé ïàðàëëåëüíîé âåòâè (ðèñ. 26.4) íå îñòàþòñÿ ïîñòîÿííûìè, à èçìåíÿþòñÿ ïî ñèíóñîèäàëüíîìó çàêîíó 2I a i a = i am sin wt = sin wt. 2a Ñëåäîâàòåëüíî, ðåàêòèâíàÿ ÝÄÑ, ïðîïîðöèîíàëüíàÿ ïðîèçdi âîäíîé a , áóäåò çàâèñåòü îò âåëè÷èíû òîêà ia â ìîìåíò êîììódt òàöèè, ò. å. â ðàçíûå ìîìåíòû âðåìåíè îíà áóäåò ðàçëè÷íîé. Åñëè ïðåíåáðå÷ü ïåðèîäîì êîììóòàöèè Tê ïî ñðàâíåíèþ ñ âðåìåíåì T0 ìåæäó äâóìÿ ïîñëåäîâàòåëüíûìè êîììóòàöèÿìè, òî ìîæíî ñ÷èòàòü, ÷òî ïðîèçâîäíàÿ 2i 2I a di a = a = sin wt, dt Tê aT ê (26.10) à ðåàêòèâíàÿ ÝÄÑ e ð = -Lðåç di a 2I a =× Lðåç sin wt = e ð m sin wt, (26.11) dt aT ê ãäå eðm — ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå ðåàêòèâíîé ÝÄÑ, ñîîòâåòñò2 I a Lðåç âóþùåå ìàêñèìàëüíîìó òîêó ÿêîðÿ Iam, e ð m = . aT ê Ñëåäîâàòåëüíî, ðåàêòèâíàÿ ÝÄÑ ñîâïàäàåò ïî ôàçå ñ òîêîì ÿêîðÿ è ïðîïîðöèîíàëüíà ÷àñòîòå âðàùåíèÿ n (ïåðèîä êîììóòà307 Ðèñ. 26.4. Äèàãðàììû, èëëþñòðèðóþùèå âîçíèêíîâåíèå ðåàêòèâíîé è òðàíñôîðìàòîðíîé ÝÄÑ â óíèâåðñàëüíîì êîëëåêòîðíîì äâèãàòåëå öèè Tê îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëåí n) è òîêó ÿêîðÿ Ia òàê æå, êàê â ìàøèíàõ ïîñòîÿííîãî òîêà. Òðàíñôîðìàòîðíàÿ ÝÄÑ èíäóêòèðóåòñÿ â êîììóòèðóåìîé ñåêöèè ïåðåìåííûì ìàãíèòíûì ïîòîêîì ìàøèíû (ñì. ðèñ. 26.4, á). Òàê êàê ìàãíèòíûé ïîòîê èçìåíÿåòñÿ ïî çàêîíó æ pö F = F m sinççwt - ÷÷÷, òî ïðè óñòàíîâêå ùåòîê íà ãåîìåòðè÷åñêîé çè 2 ÷ø íåéòðàëè æ pö (26.12) e òð = 2 pfw c F m sinççwt - ÷÷÷, çè 2 ÷ø ãäå wñ — ÷èñëî âèòêîâ â ñåêöèè. Åñëè íå ó÷èòûâàòü óãîë d, òî eòð áóäåò ñäâèíóòà îòíîñèòåëüíî ðåàêòèâíîé ÝÄÑ íà 90°. Ðåçóëüòèðóþùàÿ ÝÄÑ â êîììóòèðóåìîé ñåêöèè áóäåò èçìåíÿòüñÿ ïî ñèíóñîèäàëüíîìó çàêîíó è â íåêîòîðûå ìîìåíòû âðåìåíè áóäåò èìåòü ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå 2 e ðåç. m = e ð2m + e òð. m . (26.13) Ïðèìåíåíèå äîáàâî÷íûõ ïîëþñîâ îáåñïå÷èâàåò êîìïåíñàöèþ ðåàêòèâíîé ÝÄÑ. Òðàíñôîðìàòîðíàÿ æå ÝÄÑ îñòàåòñÿ íåñêîìïåíñèðîâàííîé è ñîçäàåò äîáàâî÷íûé òîê, çàìûêàþùèéñÿ ÷åðåç ùåòêè. Ýòî çíà÷èòåëüíî óõóäøàåò êîììóòàöèþ ìàøèíû, à ñëåäîâàòåëüíî, ìîæåò âûçâàòü îïàñíîå èñêðåíèå íà êîëëåêòîðå, ÷òî ïðèâîäèò ê ñîêðàùåíèþ ñðîêà ñëóæáû óíèâåðñàëüíîãî êîëëåêòîðíîãî äâèãàòåëÿ. Îñîáåííî íåáëàãîïðèÿòíûå óñëîâèÿ 308 êîììóòàöèè âîçíèêàþò ïðè ïóñêå äâèãàòåëÿ â òîì ñëó÷àå, êîãäà òðàíñôîðìàòîðíàÿ ÝÄÑ äîñòèãàåò áîëüøîé âåëè÷èíû èç-çà óâåëè÷åííûõ çíà÷åíèé ïóñêîâîãî òîêà è ïîòîêà âîçáóæäåíèÿ. Îñíîâíîé íåäîñòàòîê êîëëåêòîðíûõ äâèãàòåëåé — âåñüìà òÿæåëûå óñëîâèÿ êîììóòàöèè. Ïðèìåíåíèå â îáìîòêå ÿêîðÿ äâèãàòåëÿ îäíîâèòêîâûõ ñåêöèé (w c = 1) íå ñïîñîáñòâóåò îãðàíè÷åíèþ òðàíñôîðìàòîðíîé ÝÄÑ, íî ïðè ýòîì óâåëè÷èâàåòñÿ êîëè÷åñòâî ïëàñòèí êîëëåêòîðà, à ñëåäîâàòåëüíî, âîçðàñòàþò åãî ðàçìåðû. Óíèâåðñàëüíûå êîëëåêòîðíûå äâèãàòåëè øèðîêî ïðèìåíÿþò â óñòðîéñòâàõ àâòîìàòèêè, äëÿ ïðèâîäà ðàçëè÷íîãî ýëåêòðîèíñòðóìåíòà, áûòîâûõ ýëåêòðîïðèáîðîâ è äð. ÂÎÏÐÎÑÛ 26.1.1. Êàêîâà ðàçíèöà â êîíñòðóêöèè êîëëåêòîðíûõ äâèãàòåëåé ïîñòîÿííîãî è ïåðåìåííîãî òîêà? Ëåêöèÿ 27 ÍÀÃÐÅÂÀÍÈÅ È ÐÅÆÈÌÛ ÍÀÃÐÓÇÊÈ ÝËÅÊÒÐÈ×ÅÑÊÈÕ ÌÀØÈÍ 27.1. Íàãðåâàíèå ýëåêòðè÷åñêèõ ìàøèí Ïîâûøåíèå òåìïåðàòóðû ÿâëÿåòñÿ ãëàâíîé ïðè÷èíîé, îãðàíè÷èâàþùåé ìîùíîñòü ìàøèíû ïðè äëèòåëüíûõ è êðàòêîâðåìåííûõ íàãðóçêàõ. Ïðîöåññû íàãðåâàíèÿ è îõëàæäåíèÿ âî âñåõ òèïàõ ýëåêòðè÷åñêèõ ìàøèí ïîä÷èíÿþòñÿ îáùèì çàêîíàì. Ýëåêòðè÷åñêàÿ ìàøèíà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ñîâîêóïíîñòü ðÿäà ÷àñòåé (îáìîòîê, ýëåìåíòîâ ìàãíèòîïðîâîäà, êîíñòðóêòèâíûõ äåòàëåé), êîòîðûå èìåþò ðàçëè÷íûå òåïëîïðîâîäíîñòü, òåïëîåìêîñòü è óñëîâèÿ îõëàæäåíèÿ, âñëåäñòâèå ÷åãî òåìïåðàòóðà èõ òàêæå áóäåò ðàçëè÷íà. Ïîòåðè ýíåðãèè â ýëåêòðè÷åñêîé ìàøèíå âûäåëÿþòñÿ â âèäå òåïëà, ïîâûøàþùåãî òåìïåðàòóðó îáìîòêè è ìàãíèòîïðîâîäà. Çà ïðîìåæóòîê âðåìåíè dt â ýëåêòðè÷åñêîé ìàøèíå âûäåëÿåòñÿ òåïëîâàÿ ýíåðãèÿ dQ = DPdt, êîòîðàÿ ÷àñòè÷íî ðàñõîäóåòñÿ íà ïîâûøåíèå òåìïåðàòóðû ìàøèíû íà âåëè÷èíó dq, à ÷àñòè÷íî — îòâîäèòñÿ â îêðóæàþùóþ ñðåäó. Äëÿ ëþáîãî ìîìåíòà âðåìåíè â ìàøèíå äëÿ áàëàíñà òåïëîâîé ýíåðãèè ìîæíî çàïèñàòü óðàâíåíèå dQ = DPdt = cmdq + k òî S îõë qdt, ãäå 310 (27.1) cmdq — ÷àñòü òåïëîâîé ýíåðãèè, êîòîðàÿ íàêàïëèâàåòñÿ â ìàøèíå è âûçûâàåò ïîâûøåíèå åå òåìïåðàòóðû; k òî S îõë qdt — ÷àñòü òåïëîâîé ýíåðãèè, ðàññåèâàþùåéñÿ â îêðóæàþùåå ïðîñòðàíñòâî; c — óäåëüíàÿ òåïëîåìêîñòü ìàøèíû (êîëè÷åñòâî òåïëà, âûçûâàþùåå ïîâûøåíèå òåìïåðàòóðû 1 êã ìàññû ìàøèíû íà 1 °Ñ); m — ìàññà ìàøèíû; kòî — êîýôôèöèåíò òåïëîîòäà÷è ñ ïîâåðõíîñòè (êîëè÷åñòâî òåïëà, ðàññåèâàåìîå ñ 1 ì2 ïîâåðõíîñòè îõëàæäåíèÿ ìàøèíû â òå÷åíèå 1 ñ ïðè ðàçíîñòè ìåæäó åå òåìïåðàòóðîé è òåìïåðàòóðîé îêðóæàþùåé ñðåäû â 1 °Ñ), êîòîðûé îïðåäåëÿåòñÿ èíòåíñèâíîñòüþ îõëàæäåíèÿ ýëåêòðè÷åñêîé ìàøèíû; Sîõë — ïîâåðõíîñòü îõëàæäåíèÿ ìàøèíû; q — ïðåâûøåíèå òåìïåðàòóðû ìàøèíû íàä òåìïåðàòóðîé îêðóæàþùåé ñðåäû. Ïðè íåêîòîðîì çíà÷åíèè òåìïåðàòóðû q ¥ íàñòóïàåò óñòàíîâèâøèéñÿ òåïëîâîé ïðîöåññ, ïðè êîòîðîì âñå âûäåëÿåìîå â ìàøèíå òåïëî îòäàåòñÿ îêðóæàþùåé ñðåäå.  ýòîì ñëó÷àå âåëè÷èíà cmdq = 0, è óðàâíåíèå òåïëîâîãî áàëàíñà ïðèíèìàåò âèä DPdt = k òî S îõë q ¥ dt. (27.2) Âåëè÷èíó q ¥ íàçûâàþò óñòàíîâèâøèìñÿ ïðåâûøåíèåì òåìïåðàòóðû: q¥ = DP . k òî S îõë (27.3) Óðàâíåíèå òåïëîâîãî áàëàíñà ñ ó÷åòîì (27.3) ìîæíî çàïèñàòü â âèäå k òî S îõë (q ¥ - q)dt = cmdq. (27.4) Ðåøàÿ óðàâíåíèå (27.4) ïðè óñëîâèè, ÷òî ýëåêòðè÷åñêàÿ ìàøèíà óæå èìåëà íåêîòîðîå ïðåâûøåíèå òåìïåðàòóðû q 0 íàä îêðóæàþùåé ñðåäîé, ïîëó÷èì t t æç - ö ÷ q = q ¥ çç1 - e T ÷÷÷ + q 0 e T , çè ÷ø (27.5) ãäå âåëè÷èíà T — ïîñòîÿííàÿ âðåìåíè íàãðåâàíèÿ, 311 T= cm . k òî S îõë (27.6) Èç (27.5) ñëåäóåò, ÷òî âåëè÷èíà q â ïðîöåññå íàãðåâàíèÿ è îõëàæäåíèÿ ýëåêòðè÷åñêîé ìàøèíû èçìåíÿåòñÿ ïî ýêñïîíåíöèàëüíîìó çàêîíó. Ïðè íàãðåâàíèè ïðåâûøåíèå òåìïåðàòóðû q âîçðàñòàåò (ðèñ. 27.1, à, êðèâàÿ 1), àñèìïòîòè÷åñêè ïðèáëèæàÿñü ê óñòàíîâèâøåìóñÿ çíà÷åíèþ q ¥1 , ñîîòâåòñòâóþùåìó îïðåäåëåííûì âåëè÷èíàì DP1 , Sîõë1 è kòî1. Ýòî ìîæåò èìåòü ìåñòî ïðè âîçðàñòàíèè ïîòåðü ìîùíîñòè (ò. å. íàãðóçêè) ìàøèíû èëè óìåíüøåíèè èíòåíñèâíîñòè åå îõëàæäåíèÿ. Ðèñ. 27.1. Êðèâûå íàãðåâàíèÿ è îõëàæäåíèÿ ýëåêòðè÷åñêîé ìàøèíû Ïðè îõëàæäåíèè ïðåâûøåíèå òåìïåðàòóðû q óìåíüøàåòñÿ (êðèâàÿ 2) äî óñòàíîâèâøåéñÿ âåëè÷èíû q ¥ 2 , ñîîòâåòñòâóþùåé äðóãèì çíà÷åíèÿì DP2 è kòî2. Ýòî ìîæåò èìåòü ìåñòî ïðè óìåíüøåíèè ïîòåðü DP èëè óâåëè÷åíèè èíòåíñèâíîñòè îõëàæäåíèÿ. dq q ¥ - q 0  íà÷àëüíîé òî÷êå 0 (ïðè t = 0) ïðîèçâîäíàÿ . Ñëå= dt T äîâàòåëüíî, ïîñòîÿííàÿ âðåìåíè T ìîæåò áûòü ïðåäñòàâëåíà â âèäå îòðåçêà AB, îòñåêàåìîãî êàñàòåëüíîé (ïðîâåäåííîé ê êðèâîé íàãðåâàíèÿ ïðè t = 0) íà ïðÿìîé, ïàðàëëåëüíîé îñè àáñöèññ è ñîîòâåòñòâóþùåé óñòàíîâèâøåìóñÿ ïðåâûøåíèþ òåìïåðàòóðû q ¥ . Ôîðìóëó (27.6) ñ ó÷åòîì (27.3) ìîæíî ïðåäñòàâèòü â âèäå 312 T= cm q¥. DP (27.6, à) Ôèçè÷åñêè âåëè÷èíó T ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê âðåìÿ, â òå÷åíèå êîòîðîãî ïðåâûøåíèå òåìïåðàòóðû q äîñòèãëî áû óñòàíîâèâøåãîñÿ çíà÷åíèÿ q ¥ , åñëè áû ñêîðîñòü âîçðàñòàíèÿ òåìïåðàòóðû îñòàâàëàñü âñå âðåìÿ íåèçìåííîé. Òàêèå óñëîâèÿ èìåëè áû ìåñòî, åñëè áû â ïðîöåññå íàãðåâàíèÿ è îõëàæäåíèÿ ìàøèíû íå ïðîèñõîäèëî îòäà÷è òåïëà îêðóæàþùåé ñðåäå. Íî òàê êàê â äåéñòâèòåëüíîñòè ÷àñòü òåïëîâîé ýíåðãèè ðàññåèâàåòñÿ â îêðóæàþùåå ïðîñòðàíñòâî, òî çà âðåìÿ t = T ïðåâûøåíèå òåìïåðàòóðû äîñòèãàåò ëèøü âåëè÷èíû, ñîîòâåòñòâóþùåé òî÷êå C (ñì. ðèñ. 27.1, a). Êðèâûå 1 è 2 ïîêàçûâàþò õàðàêòåð èçìåíåíèÿ ïðåâûøåíèÿ òåìïåðàòóðû q ýëåêòðè÷åñêîé ìàøèíû ñîîòâåòñòâåííî ïðè óâåëè÷åíèè íàãðóçêè, (êîãäà âîçðàñòàþò DP è q ¥ ) è ïðè óìåíüøåíèè å¸ (êîãäà óìåíüøàåòñÿ DP è q ¥ ). Åñëè ìàøèíà âêëþ÷àåòñÿ â ðàáîòó ïîñëå ñðàâíèòåëüíî äëèòåëüíîãî ïðåáûâàíèÿ â îòêëþ÷åííîì ñîñòîÿíèè (êîãäà îíà ïðèîáðåëà òåìïåðàòóðó îêðóæàþùåé ñðåäû), òî q 0 = 0 (ðèñ. 27.1, á), è óðàâíåíèå (27.5) óïðîùàåòñÿ: t æç - ö ÷ T ÷ ç q = q ¥ ç1 - e ÷÷. çè ÷ø (27.7) Êîãäà æå ìàøèíà îòêëþ÷àåòñÿ îò ñåòè, òî DP = 0; ïðîèñõîäèò åå îõëàæäåíèå äî òåìïåðàòóðû îêðóæàþùåé ñðåäû. Ïðè ýòîì q ¥ = 0 (ñì. ðèñ. 27.l, á), à ñëåäîâàòåëüíî, q = q 0e - t T . (27.8) Èç ðàññìîòðåíèÿ êðèâîé íàãðåâàíèÿ ýëåêòðè÷åñêèõ ìàøèí ñëåäóåò, ÷òî ïðè äîñòàòî÷íî áîëüøîé ïðîäîëæèòåëüíîñòè ðà- t T áîòû, êîãäà t = 3–4 T, âåëè÷èíà e ñòàíîâèòñÿ âåñüìà ìàëîé è ïðåâûøåíèå òåìïåðàòóðû äîñòèãàåò ïðèáëèçèòåëüíî çíà÷åíèÿ q ¥ .  ýòîì ñëó÷àå íàñòóïàåò ïðàêòè÷åñêè óñòàíîâèâøèéñÿ òåïëîâîé ðåæèì, íàçûâàåìûé ïðîäîëæèòåëüíûì (èëè äëèòåëüíûì). 313 Èç ôîðìóëû (27.6) ñëåäóåò, ÷òî ïîñòîÿííàÿ âðåìåíè íàãðåâàíèÿ T îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëüíà òåïëîîòäà÷å kòîSîõë, ïîýòîìó õîðîøî âåíòèëèðóåìûå ìàøèíû èìåþò ìåíüøèå ïîñòîÿííûå âðåìåíè. Ïðè ñíèæåíèè èíòåíñèâíîñòè âåíòèëÿöèè ïîñòîÿííàÿ âðåìåíè T óâåëè÷èâàåòñÿ. Íàïðèìåð, â ìàøèíàõ ñ ñàìîâåíòèëÿöèåé óìåíüøåíèå ÷àñòîòû âðàùåíèÿ è îñòàíîâêà ìàøèíû ïðèâîäÿò ê âîçðàñòàíèþ T, ïîýòîìó äëÿ íèõ ïîñòîÿííàÿ âðåìåíè Tîõë ïðè îõëàæäåíèè ïðèìåðíî â 2–3 ðàçà áîëüøå ïîñòîÿííîé âðåìåíè T ïðè íàãðåâàíèè. Äëÿ ýëåêòðè÷åñêèõ ìàøèí ðàçëè÷íûõ ìîùíîñòåé T = 0,3–2 ÷, äëÿ ìèêðîìàøèí T = 3–10 ìèí.  ïðîöåññå ðàáîòû ýëåêòðè÷åñêîé ìàøèíû ïðîèñõîäÿò íåîáðàòèìûå èçìåíåíèÿ ñîñòîÿíèÿ èçîëÿöèè, êîòîðûå íàçûâàþò ñòàðåíèåì èçîëÿöèè. Ãëàâíûìè ïðè÷èíàìè ñòàðåíèÿ èçîëÿöèè ÿâëÿþòñÿ: âûñîêàÿ òåìïåðàòóðà, áîëüøèå ïåðåïàäû òåìïåðàòóðû ìåæäó îòäåëüíûìè äåòàëÿìè ìàøèí, ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå; ïîâûøåííàÿ âëàæíîñòü; ìåõàíè÷åñêèå óñèëèÿ. Ïðè ïîâûøåíèè òåìïåðàòóðû ïðîèñõîäèò èíòåíñèâíûé èçíîñ èçîëÿöèè è áûñòðîå åå ðàçðóøåíèå. Ñëåäîâàòåëüíî, ìàêñèìàëüíàÿ òåìïåðàòóðà, ïðè êîòîðîé ìîæåò ðàáîòàòü ýëåêòðè÷åñêàÿ ìàøèíà, îïðåäåëÿåòñÿ íàãðåâîñòîéêîñòüþ ïðèìåíÿåìîé â íåé èçîëÿöèè. ×åì âûøå äîïóñòèìàÿ ïðåäåëüíàÿ òåìïåðàòóðà îòäåëüíûõ ÷àñòåé ìàøèíû, òåì ìåíüøå ñðîê ñëóæáû åå èç-çà ïîñòåïåííîãî ñòàðåíèÿ èçîëÿöèè. Îäíàêî ÷åì âûøå ýòà òåìïåðàòóðà, òåì áîëüøå ìîæíî íàãðóçèòü äàííóþ ìàøèíó. Ýëåêòðîèçîëÿöèîííûå ìàòåðèàëû, ïðèìåíÿåìûå â ýëåêòðè÷åñêèõ ìàøèíàõ, â çàâèñèìîñòè îò íàãðåâîñòîéêîñòè ïîäðàçäåëÿþò ñîãëàñíî ÃÎÑÒó íà ñåìü êëàññîâ (òàáë. 27.1). Òàáëèöà 27.1 Êëàññ èçîëÿöèè Y Ïðåäåëüíî äîïóñòèìàÿ òåìïåðà80 òóðà ïðè äëèòåëüíîé ðàáîòå, °C A E B F H 105 120 130 155 180 C ñâûøå 180 Ýêñïåðèìåíòàëüíûìè èññëåäîâàíèÿìè óñòàíîâëåíî, ÷òî ñðîê ñëóæáû èçîëÿöèè â ãîäàõ îïðåäåëÿòñÿ ïî ôîðìóëå t èç = Ae - aJ , 314 (27.9) ãäå A è a — êîýôôèöèåíòû, çàâèñÿùèå îò êëàññà èçîëÿöèè; J — òåìïåðàòóðà, °C. Èç ôîðìóëû (27.9) ñëåäóåò, ÷òî ñ óâåëè÷åíèåì òåìïåðàòóðû ðåçêî âîçðàñòàåò èíòåíñèâíîñòü ñòàðåíèÿ èçîëÿöèè. Ïîñêîëüêó ãëàâíîé ïðè÷èíîé, âûçûâàþùåé ñòàðåíèå èçîëÿöèè, ÿâëÿåòñÿ âûñîêàÿ òåìïåðàòóðà, îíà íîðìèðóåòñÿ ñòàíäàðòàìè è òåõíè÷åñêèìè óñëîâèÿìè. ÂÎÏÐÎÑÛ 27.1.1. ×òî òàêîå ðåæèì òåïëîâîãî ðàâíîâåñèÿ â ýëåêòðè÷åñêîé ìàøèíå? 27.1.2. Ìîæíî ëè ìàøèíó, ðàññ÷èòàííóþ äëÿ ðàáîòû â ïîâòîðíî-êðàòêîâðåìåííîì ðåæèìå, èñïîëüçîâàòü â ïðîäîëæèòåëüíîì ðåæèìå? 27.1.3. Ïåðå÷èñëèòå ñïîñîáû îõëàæäåíèÿ ýëåêòðè÷åñêèõ ìàøèí è äàéòå êàæäîìó èç íèõ õàðàêòåðèñòèêó. 27.1.4. Êàêîâû îñîáåííîñòè âîäîðîäíîãî îõëàæäåíèÿ? 27.1.5. Êàêîé ñïîñîá îõëàæäåíèÿ ýëåêòðè÷åñêèõ ìàøèí ÿâëÿåòñÿ íàèáîëåå ýôôåêòèâíûì? 27.1.6. Ïåðå÷èñëèòå ñïîñîáû îõëàæäåíèÿ òðàíñôîðìàòîðîâ è äàéòå èì ñðàâíèòåëüíóþ îöåíêó. 27.1.7. ×òî òàêîå ñâåðõïðîâîäèìîñòü, è êàêèå ìàòåðèàëû åþ îáëàäàþò? Ïî÷åìó â êðèîãåííîé ìàøèíå äîïóñêàþòñÿ î÷åíü âûñîêèå çíà÷åíèÿ ìàãíèòíîé èíäóêöèè? Ëåêöèÿ 28 ÐÅÆÈÌÛ ÍÀÃÐÓÇÊÈ ÝËÅÊÒÐÈ×ÅÑÊÈÕ ÌÀØÈÍ Â çàâèñèìîñòè îò õàðàêòåðà èçìåíåíèÿ íàãðóçêè ýëåêòðè÷åñêèå ìàøèíû ìîãóò ðàáîòàòü â ðàçëè÷íûõ íîìèíàëüíûõ ðåæèìàõ: ïðîäîëæèòåëüíîì, êðàòêîâðåìåííîì, ïîâòîðíî-êðàòêîâðåìåííîì è ïåðåìåæàþùåìñÿ. Ðåæèì ðàáîòû ýëåêòðè÷åñêîé ìàøèíû, ïðè êîòîðîì îíà ðàáîòàåò ñ íåèçìåííîé íàãðóçêîé è â òå÷åíèå òàêîãî ïðîäîëæèòåëüíîãî âðåìåíè, ÷òî ïðåâûøåíèå òåìïåðàòóðû q íàä òåìïåðàòóðîé îêðóæàþùåé ñðåäû äîñòèãàåò óñòàíîâèâøåãîñÿ çíà÷åíèÿ q¥, íàçûâàþò ïðîäîëæèòåëüíûì (ðèñ. 28.1, a). Óñëîâíîå îáîçíà÷åíèå ðåæèìà — S1. Ðèñ. 28.1. Êðèâûå èçìåíåíèÿ P, DP è q ïðè ðàáîòå ýëåêòðè÷åñêîé ìàøèíû: à — â ïðîäîëæèòåëüíîì ðåæèìå; á — â êðàòêîâðåìåííîì Ìîùíîñòü P, ïðè êîòîðîé q ¥ = q ìàêñ , íàçûâàþò íîìèíàëüíîé äëèòåëüíîé ìîùíîñòüþ P¥ . Îíà ÿâëÿåòñÿ îñíîâíûì ïàðàìåòðîì, õàðàêòåðèçóþùèì íàãðóçî÷íóþ ñïîñîáíîñòü ýëåêòðè÷åñêîé ìàøèíû ïðè ïðîäîëæèòåëüíîì ðåæèìå ðàáîòû. 316 Îáû÷íî ïðè ðàáîòå ñ íîìèíàëüíîé äëèòåëüíîé ìîùíîñòüþ P¥ ïðåâûøåíèå òåìïåðàòóðû îòäåëüíûõ ÷àñòåé äîñòèãàåò óñòàíîâèâøåãîñÿ çíà÷åíèÿ ÷åðåç 3–6 ÷ äëÿ ìàøèí ñðåäíåé è áîëüøîé ìîùíîñòè è ÷åðåç 10–30 ìèí — äëÿ ìèêðîìàøèí, ïîñëå ÷åãî âñå âûäåëÿþùååñÿ òåïëî îòäàåòñÿ îêðóæàþùåé ñðåäå. Äëÿ òîãî ÷òîáû ïðåâûøåíèå òåìïåðàòóðû ýëåêòðè÷åñêîé ìàøèíû q ¥ ïðè îïðåäåëåííîé íàãðóçêå íå ïðåâûøàëî ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìîãî çíà÷åíèÿ q max , ìàøèíà äîëæíà èìåòü äîñòàòî÷íûå ðàçìåðû îõëàæäàþùåé ïîâåðõíîñòè Sîõë. Ïðè çàäàííîé âåëè÷èíå Sîõë òðåáóåìóþ âåëè÷èíó ìîæíî îáåñïå÷èòü, óâåëè÷èâàÿ êîýôôèöèåíò kòî, ò. å. ïîâûøàÿ èíòåíñèâíîñòü îõëàæäåíèÿ. Ïðè êðàòêîâðåìåííîì ðåæèìå ðàáîòà ìàøèíû ñ ïîñòîÿííîé íàãðóçêîé ÷åðåäóåòñÿ ñ åå îòêëþ÷åíèÿìè (ðèñ. 28.1, á). Ïðè ýòîì ïåðèîäû têð íàãðóçêè íå íàñòîëüêî äëèòåëüíû, ÷òîáû ïðåâûøåíèå òåìïåðàòóðû ìàøèíû q ìîãëî äîñòèãíóòü óñòàíîâèâøåãîñÿ çíà÷åíèÿ q ¥ , à ïåðèîäû îòêëþ÷åíèÿ tï (ïàóçû) äîñòàòî÷íî âåëèêè, ÷òîáû îíà óñïåëà îõëàäèòüñÿ äî òåìïåðàòóðû îêðóæàþùåé ñðåäû q 0 . Äëÿ ìàøèí îáùåãî ïðèìåíåíèÿ ÃÎÑÒ óñòàíàâëèâàåò ñëåäóþùèå ïðîäîëæèòåëüíîñòè ðàáî÷åãî ïåðèîäà: 10, 30, 60 è 90 ìèí. Îäíàêî â óñëîâèÿõ ýêñïëóàòàöèè ïðîäîëæèòåëüíîñòü ðàáî÷åãî ïåðèîäà têð ìîæåò áûòü ñàìîé ðàçëè÷íîé. Óñëîâíîå îáîçíà÷åíèå ðåæèìà — S2. Ïðè ðàáîòå ìàøèíû ñ ïåðåãðóçêîé, ò. å. ñ ìîùíîñòÿìè P2 è P3, áîëüøèìè, ÷åì P1 = P¥ , âåëè÷èíû q ¥ 2 è q ¥ 3 áóäóò áîëüøå, ÷åì q ìàêñ (ðèñ. 28.2, à). Ñëåäîâàòåëüíî, ïðîäîëæèòåëüíàÿ ðàáîòà ìàøèíû ïðè òàêèõ ìîùíîñòÿõ íåäîïóñòèìà, è âðåìÿ åå ðàáîòû äîëæíî áûòü îãðàíè÷åíî. ×åì áîëüøå îòäàâàåìàÿ ìîùíîñòü P (à ñëåäîâàòåëüíî, è ïîòåðè DP), òåì áîëüøå âåëè÷èíà q ¥ è èíòåíñèâíåå íàðàñòàåò ïðåâûøåíèå òåìïåðàòóðû q â ïðîöåññå íàãðåâà. Òàêèì îáðàçîì, ÷åì áîëüøå íàãðóçêà ìàøèíû, òåì ìåíüøåå âðåìÿ îíà ìîæåò ðàáîòàòü äî ìîìåíòà äîñòèæåíèÿ âåëè÷èíû q ìàêñ . Íàïðèìåð, ïðè ðàáîòå ìàøèíû ñ ìîùíîñòüþ P3 > P2 äîïóñòèìîå âðåìÿ åå ðàáîòû t 3 < t 2 . È íàîáîðîò, ìåíüøåå âðåìÿ ðàáîòû ìàøèíû ñîîòâåòñòâóåò áîëüøåé ìîùíîñòè, êîòîðóþ îíà ìîæåò ðàçâèâàòü. Äîïóñòèìóþ ïðîäîëæèòåëüíîñòü êðàòêîâðåìåííîãî ðåæèìà têð, ïðè êîòîðîé ïðåâûøåíèå òåìïåðàòóðû q êð íå âîçðàñòàåò ñâûøå âåëè÷èíû q ìàêñ , ìîæíî ïîëó÷èòü èç ôîðìóëû 317 t êð ö ÷ çæ q êð = q ¥ çç1 - e T ÷÷÷. ççè ÷ø (28.1) Ñëåäîâàòåëüíî, ïðè êðàòêîâðåìåííîì ðåæèìå ìîæíî äî1 ðàç áîëüøå, ÷åì ïðè äëèòåëüíîì ïóñòèòü çíà÷åíèÿ q ¥ â t ðåæèìå ðàáîòû. 1- e - êð T Ðèñ. 28.2. Êðèâûå íàãðåâàíèÿ ýëåêòðè÷åñêîé ìàøèíû ïðè ðàáîòå åå ñ ðàçëè÷íûìè íàãðóçêàìè è çàâèñèìîñòü äîïóñòèìîãî âðåìåíè ðàáîòû ìàøèíû îò ñòåïåíè ïåðåãðóçêè Âî ñòîëüêî æå ðàç ìîãóò áûòü óâåëè÷åíû è äîïóñòèìûå çíà÷åíèÿ ïîòåðü ìîùíîñòè DP. Ïîýòîìó ìàøèíû çàäàííîé ìîùíîñòè, ðàññ÷èòàííûå äëÿ êðàòêîâðåìåííîãî ðåæèìà, èìåþò çíà÷èòåëüíî ìåíüøèå ãàáàðèòíûå ðàçìåðû è ìàññó, ÷åì ìàøèíû, ðàññ÷èòàííûå äëÿ äëèòåëüíîé ðàáîòû. Íà ðèñ. 28.2, á ïîêàçàíà çàâèñèìîñòü ïðîäîëæèòåëüíîñòè ðàDP áîòû ìàøèíû îò ñòåïåíè åå ïåðåãðóçêè ïî ïîòåðÿì k ï = . DP¥ Ïðè êðàòêîâðåìåííûõ ïåðåãðóçêàõ äëèòåëüíîñòüþ 2–3 ìèí ìîæíî ñ÷èòàòü, ÷òî íàãðåâàíèå ïðîèñõîäèò áåç îòäà÷è òåïëà (àäèàáàòè÷åñêè). Ïðè ýòîì âåëè÷èíà q íàðàñòàåò ïî ëèíåéíîìó çàêîíó q= 318 DPt . cm (28.2)  ñîâðåìåííîé òåõíèêå ýëåêòðè÷åñêèå ìàøèíû ÷àñòî ðàáîòàþò â ïîâòîðíî-êðàòêîâðåìåííîì ðåæèìå. Ïðè ýòîì ðåæèìå (ðèñ. 28.3, à) ïåðèîäû ðàáîòû ìàøèíû ïîä íàãðóçêîé tð ïåðèîäè÷åñêè ÷åðåäóþòñÿ ñ ïåðèîäàìè îòêëþ÷åíèÿ ìàøèíû (ïàóçàìè) tï, âñëåäñòâèå ÷åãî îáùåå âðåìÿ ðàáîòû ìàøèíû ðàçáèâàåòñÿ íà ïåðèîäè÷åñêè ïîâòîðÿþùèåñÿ öèêëû ïðîäîëæèòåëüíîñòüþ t ö = t ð + t ï . Ïðè ýòîì çà ïåðèîäû tð íàãðóçêè ïðåâûøåíèå òåìïåðàòóðû íå äîñòèãàåò óñòàíîâèâøåãîñÿ çíà÷åíèÿ, à çà ïåðèîäû îòêëþ÷åíèÿ ìàøèíà íå óñïåâàåò îõëàäèòüñÿ äî òåìïåðàòóðû îêðóæàþùåé ñðåäû. Ñîãëàñíî ÃÎÑÒó âðåìÿ öèêëà tö ïðè ðàáîòå ìàøèíû â ýòîì ðåæèìå íå äîëæíî ïðåâûøàòü 10 ìèí. Ïîâòîðíî-êðàòêîâðåìåííûé ðåæèì õàðàêòåðèçóåòñÿ ïðîäîëæèòåëüíîñòüþ âêëþ÷åíèÿ (%) Ï = é tð ù tð ú × 100. × 100 = ê ê tð + tï ú tö ë û (28.3) Óñëîâíîå îáîçíà÷åíèå ðåæèìà — S3. Ðèñ. 28.3. Êðèâûå èçìåíåíèÿ P, DP è q ïðè ðàáîòå ýëåêòðè÷åñêîé ìàøèíû â ïîâòîðíî-êðàòêîâðåìåííîì ðåæèìå Ñòàíäàðòíûå çíà÷åíèÿ Ï ñîñòàâëÿþò 15, 25, 40 è 60 %. Ïðè ðàáîòå â ïîâòîðíî-êðàòêîâðåìåííîì ðåæèìå êðèâàÿ íàãðåâàíèÿ 3 ïðèîáðåòàåò ïèëîîáðàçíûé õàðàêòåð (ðèñ. 28.3, á), òàê êàê ïåðèîäû íàãðåâàíèÿ ÷åðåäóþòñÿ ñ ïåðèîäàìè îõëàæäåíèÿ. Âî âðåìÿ ðàáî÷åãî ïåðèîäà tð âåëè÷èíà q âîçðàñòàåò ïî íåêîòîðîé êðèâîé, ïàðàëëåëüíîé êðèâîé íàãðåâàíèÿ ìàøèíû 1, âî 319 âðåìÿ ïàóçû tï îíà óìåíüøàåòñÿ ïî êðèâîé, ïàðàëëåëüíîé êðèâîé îõëàæäåíèÿ 2. Ïðè äîñòèæåíèè óñòàíîâèâøåãîñÿ ðåæèìà ïðåâûøåíèå òåìïåðàòóðû êîëåáëåòñÿ îò q ìàêñ äî q ìèí , ïðè÷åì âåëè÷èíà q ìàêñ áóäåò ìåíüøå ïðåâûøåíèÿ òåìïåðàòóðû q ¥ , êîòîðóþ èìåëà áû ìàøèíà ïðè íåïðåðûâíîé ðàáîòå ñ òîé æå íàãðóçêîé. Ñëåäîâàòåëüíî, ïðè ïîâòîðíî-êðàòêîâðåìåííîì ðåæèìå ìîæíî äîïóñòèòü áîëüøèå íàãðóçêè, ÷åì ïðè äëèòåëüíîé íåïðåðûâíîé ðàáîòå. Íà ïðàêòèêå ïðè îïðåäåëåíèè ìîùíîñòè, êîòîðóþ ìîæåò ðàçâèâàòü ýëåêòðè÷åñêàÿ ìàøèíà ïðè ïîâòîðíî-êðàòêîâðåìåííîì ðåæèìå, ÷àñòî èñõîäÿò èç ýêâèâàëåíòíîãî òîêà: I ýêâ = I ð tð = I ð Ï , tð + tï (28.4) ãäå Ið — äåéñòâèòåëüíûé òîê ìàøèíû â ðàáî÷èé ïåðèîä tð. Åñëè ìàøèíà ðàññ÷èòàíà íà ðàáîòó ïðè ïîâòîðíî-êðàòêîâðåìåííîì ðåæèìå ÏÂ1, òî ïðè ðàáîòå åå â ðåæèìå ÏÂ2 âåëè÷èíó òîêà, îïðåäåëÿþùóþ ðàçâèâàåìóþ ìîùíîñòü P, ìîæíî óâåëè÷èòü èëè óìåíüøèòü ïðîïîðöèîíàëüíî: Ï 2 P1 I . = 1 = Ï 1 P2 I2 (28.5) Èç ôîðìóëû (28.4) ñëåäóåò, ÷òî ïðè Ï = 60 % ìàøèíà ìîæåò ðåàëèçîâàòü ìîùíîñòü, ïðèáëèçèòåëüíî ðàâíóþ 1, 3P¥ , ïðè Ï = 40 % — ìîùíîñòü 1, 6P¥ , ïðè Ï = 25 % — ìîùíîñòü 2P¥ , ïðè Ï = 15 % — ìîùíîñòü 2, 6P¥ , ãäå P¥ — ìîùíîñòü ïðè äëèòåëüíîì ðåæèìå ðàáîòû (ïðè Ï = 100 %).  ðåæèìå (ðèñ. 28.4) êðàòêîâðåìåííûå ïåðèîäû ðàáîòû ïîä íàãðóçêîé (ðàáî÷èå ïåðèîäû) ÷åðåäóþòñÿ ñ ïåðèîäàìè õîëîñòîãî õîäà (ïàóçàìè). Ïåðåìåæàþùèéñÿ ðåæèì õàðàêòåðèçóåòñÿ îòíîñèòåëüíîé ïðîäîëæèòåëüíîñòüþ íàãðóçêè (%). ÏÍ = tð tð × 100 = × 100, tö tð + t0 ãäå tð — âðåìÿ ðàáîòû; t0 — âðåìÿ õîëîñòîãî õîäà. 320 (28.6) Ñòàíäàðòíûå çíà÷åíèÿ ÏÍ ñîñòàâëÿþò 15, 25, 40 è 60 %. Ïðîäîëæèòåëüíîñòü öèêëà tö ïðèíèìàþò ðàâíîé 10 ìèí. Õàðàêòåð èçìåíåíèÿ J è q ïðè ýòîì ðåæèìå àíàëîãè÷åí õàðàêòåðó èçìåíåíèÿ òåõ æå ïàðàìåòðîâ ïðè ïîâòîðíî-êðàòêîâðåìåííîì ðåæèìå. Çà âðåìÿ tð è t0 òåìïåðàòóðà ìàøèíû J è ïðåâûøåíèÿ òåìïåðàòóðû q íå äîñòèãàþò óñ- Ðèñ. 28.4. Êðèâûå èçìåíåíèÿ P, DP è òàíîâèâøèõñÿ çíà÷åíèé. q ïðè ðàáîòå ýëåêòðè÷åñêîé ìàøèíû â ïåðåìåæàþùåìñÿ ðåæèìå Êðîìå òðåõ îñíîâíûõ íîìèíàëüíûõ ðåæèìîâ ðàáîòû ÃÎÑÒ óñòàíàâëèâàåò äîïîëíèòåëüíûå ðåæèìû ðàáîòû, ïðè êîòîðûõ íàãðóçêà èìååò öèêëè÷åñêèé õàðàêòåð: à) ïîâòîðíî-êðàòêîâðåìåííûé ñ ÷àñòûìè ïóñêàìè ïðè ÏÂ, ðàâíîé 15, 25, 40 è 60 %, ðåæèì S4; á) ïîâòîðíî-êðàòêîâðåìåííûé ñ ÷àñòûìè ïóñêàìè è ýëåêòðè÷åñêèì òîðìîæåíèåì ïðè ÏÂ, ðàâíîé 15, 25, 40 è 60 %, ðåæèì S5; â) ïåðåìåæàþùèéñÿ ñ ÷àñòûìè ðåâåðñàìè è ýëåêòðè÷åñêèì òîðìîæåíèåì, ðåæèì S6; ã) ïåðåìåæàþùèéñÿ ñ äâóìÿ ÷àñòîòàìè âðàùåíèÿ, ðåæèì S7.  äîïîëíèòåëüíûõ íîìèíàëüíûõ ðåæèìàõ óñòàíàâëèâàåòñÿ ñòàíäàðòíîå ÷èñëî âêëþ÷åíèé â ÷àñ (äëÿ ðåæèìîâ à è á), ÷èñëî ðåâåðñîâ â ÷àñ (äëÿ ðåæèìà â) è ÷èñëî öèêëîâ â ÷àñ (äëÿ ðåæèìà ã), ðàâíîå 30, 60, 120 è 240. Ïðè ýêñïëóàòàöèè ýëåêòðè÷åñêèõ ìàøèí âîçìîæíû ñàìûå ðàçíîîáðàçíûå ðåæèìû. Íàèáîëåå òèïè÷íûì ÿâëÿåòñÿ ðåæèì ñ áûñòðî èçìåíÿþùåéñÿ íàãðóçêîé, àíàëîãè÷íûé ïîâòîðíî-êðàòêîâðåìåííîìó, êîãäà â òå÷åíèå öèêëà ñóùåñòâåííî íå èçìåíÿåòñÿ òåìïåðàòóðà ÷àñòåé ìàøèíû. Åñëè ýëåêòðè÷åñêàÿ ìàøèíà ðàáîòàåò â ïðîäîëæèòåëüíîì ðåæèìå, íî ïðè ïåðåìåííîé íàãðóçêå, òî â íåé âñå âðåìÿ èìååò ìåñòî íåóñòàíîâèâøèéñÿ òåïëîâîé ïðîöåññ (ðèñ. 28.5), òàê êàê â ðàçëè÷íûå ïðîìåæóòêè âðåìåíè (t1, t2, t3 è ò. ä.) â íåé âîçíèêàþò ðàçëè÷íûå ïîòåðè ìîùíîñòè. 321 Êðèâàÿ íàãðåâàíèÿ äëÿ êàæäîãî ïðîìåæóòêà âðåìåíè îïðåäåëÿåòñÿ óðàâíåíèåì t t æç - ö ÷ q n = q ¥n çç1 - e T ÷÷÷ + q 0 n e T , çè ÷ø (28.7) ãäå q ¥n — óñòàíîâèâøååñÿ ïîâûøåíèå òåìïåðàòóðû, ñîîòâåòñòâóþùåå ïîòåðÿì ìîùíîñòè DPn , âîçíèêàþùèì ïðè ðàáîòå ìàøèíû â äàííîì ïðîìåæóòêå âðåìåíè tï; q 0 n — ïðåâûøåíèå òåìïåðàòóðû, èìåþùåå ìåñòî â êîíöå ïðåäûäóùåãî ïðîìåæóòêà t n-1 . Äëÿ îïðåäåëåíèÿ íîìèíàëüíîé ìîùíîñòè ýëåêòðè÷åñêîé ìàøèíû äëÿ çàäàííîãî ãðàôèêà íàãðóçêè ïðèìåíÿþò ìåòîä ýêâèâàëåíòíîãî òîêà.  îñíîâó åãî ïîëîæåíî ïðåäïîëîæåíèå î òîì, ÷òî ïåðåìåííûå ïîòåðè â ìàøèíå DPïåð » DPýë ïðîïîðöèîíàëüíû êâàäðàòó òîÐèñ. 28.5. Êðèâûå èçìåíåíèÿ ìîùíî- êà íàãðóçêè. Ïðè èçìåíåíèè íàñòè P è âåëè÷èíû q ïðè èçìåíÿþùåéãðóçêè ìàøèíû (ñì. ðèñ. 28.5) ñÿ íàãðóçêå òîê I òàêæå èçìåíÿåò ñâîþ âåëè÷èíó. Ïîýòîìó ñóììàðíûå ïîòåðè ýíåðãèè çà âñå âðåìÿ å t ðàáîòû ìàøèíû ) )t ) DAïåð = (DPïîñò + cI 12 × t1 + (DPïîñò + cI 22 × t 2 +K+ + (DPïîñò + cI 2 n n , (28.8) ãäå DPïîñò — ñóììà ìàãíèòíûõ ïîòåðü â ñòàëè è ìåõàíè÷åñêèõ (îò òðåíèÿ) ïîòåðü, DPïîñò = DPì + DPò = const. Åñëè áû ìàøèíà ðàáîòàëà ñ ïîñòîÿííîé íàãðóçêîé, ýêâèâàëåíòíîé ïî êîëè÷åñòâó âûäåëåííîãî òåïëà (ïî ðåçóëüòèðóþùèì ïîòåðÿì ìîùíîñòè) äàííîìó ãðàôèêó, òî ïîòåðè ýíåðãèè ñîñòàâëÿëè áû 2 (28.9) DAïîñò = (DPïîñò + cI ýêâ å t, ) ãäå Iýêâ — òîê ìàøèíû ïðè ïîñòîÿííîé íàãðóçêå. 322 Ïðèðàâíèâàÿ DAïåð âåëè÷èíå DAïîñò , îïðåäåëÿåì ýêâèâàëåíòíûé òîê I ýêâ = I 12 t1 + I 22 t 2 +K+ I n2 t n , åt (28.10) êîòîðûé íàãðåâàåò ýëåêòðè÷åñêóþ ìàøèíó òàê æå, êàê ïðè ðàáîòå åå ñ èçìåíÿþùåéñÿ íàãðóçêîé. Ïî âåëè÷èíå Iýêâ è íîìèíàëüíîìó íàïðÿæåíèþ Uíîì ìîæíî îïðåäåëèòü íîìèíàëüíóþ ìîùíîñòü ìàøèíû, íåîáõîäèìóþ äëÿ âûïîëíåíèÿ çàäàííîãî ãðàôèêà íàãðóçêè. ÁÈÁËÈÎÃÐÀÔÈ×ÅÑÊÈÉ ÑÏÈÑÎÊ 1. Âîëüäåê À. È. Ýëåêòðè÷åñêèå ìàøèíû / À. È. Âîëüäåê.— Ì.; Ë.: Ýíåðãèÿ, 1974. 2. Ïåòðîâ Ã. Í. Ýëåêòðè÷åñêèå ìàøèíû / Ã. Í. Ïåòðîâ.— Ì.; Ë.: Ãîñýíåðãîèçäàò. ×. 1, 1956. ×. 2, 1963. ×. 3, 1968. 3. Êîñòåíêî Ì. Ï., Ïèîòðîâñêèé Ë. Ì. Ýëåêòðè÷åñêèå ìàøèíû / Ì. Ï. Êîñòåíêî, Ë. Ì. Ïèîòðîâñêèé.— Ë.: Ýíåðãèÿ. ×. 1, 1972. ×. 2, 1973. 4. Ñåðãååâ Ï. Ñ. Ýëåêòðè÷åñêèå ìàøèíû / Ï. Ñ. Ñåðãååâ.— Ì.; Ë.: Ãîñýíåðãîèçäàò, 1962. 5. Ýëåêòðè÷åñêèå ìàøèíû è ìèêðîìàøèíû / Ä. Ý. Áðóñêèí [è äð.].— Ì.: Âûñøàÿ øêîëà, 1981.— 432 ñ. 6. Êàöìàí Ì. Ì. Ýëåêòðè÷åñêèå ìàøèíû / Ì. Ì. Êàöìàí.— Ì.: Âûñøàÿ øêîëà, 1990.— 463 ñ. 7. Èâàíîâ-Ñìîëåíñêèé À. Â. Ýëåêòðè÷åñêèå ìàøèíû: ó÷åá. äëÿ âóçîâ / À. Â. Èâàíîâ-Ñìîëåíñêèé.— Ì.: Èçä-âî ÌÝÈ, 2004. 324 Ó÷åáíîå èçäàíèå Øóëàêîâ Í. Â. ÝËÅÊÒÐÈ×ÅÑÊÈÅ ÌÀØÈÍÛ Êîíñïåêò ëåêöèé Ðåäàêòîð è êîððåêòîð Ë. Ñ. Ëûêîâà Ïîäïèñàíî â ïå÷àòü 25.05.2008. Ôîðìàò 60 ´ 90/16. Óñë. ïå÷. ë. 20,31. Òèðàæ 200 ýêç. Çàêàç ¹ 156/2008. Èçäàòåëüñòâî Ïåðìñêîãî ãîñóäàðñòâåííîãî òåõíè÷åñêîãî óíèâåðñèòåòà. Àäðåñ: 614990, ã. Ïåðìü, Êîìñîìîëüñêèé ïð., 29, ê. 113. Òåë. (342) 219-80-33.