Генераторный, тормозной и трансформаторный режимы работы асинхронной машины

Асинхронные машины в основном используются в качестве двигателей. В генераторном режиме они применяются редко. Основная причина этого в том, что асинхронная машина не является источником реактивной мощности. Для

Генераторный и тормозной режимы на круговой диаграмме

Рис. 3.84. Генераторный и тормозной режимы на круговой диаграмме

создания магнитного поля в асинхронной машине реактивная мощность поступает из сети или от конденсаторов.

Чтобы асинхронный двигатель перевести в генераторный режим, необходимо изменить знак момента, приложенного к валу машины (рис. 3.84). В генераторном режиме асинхронная машина подключается к сети, из которой она потребляет реактивную мощность для создания магнитного поля, а ротор вращается приводным двигателем в сторону вращения магнитного поля с частотой, превышающей синхронную частоту вращения поля. Как и в двигательном режиме, номинальное скольжение в генераторном режиме находится в пределах нескольких процентов, так как при больших скольжениях растут электрические потери и снижается КПД.

На круговой диаграмме генераторный режим занимает часть окружности от точки А до D, где скольжение изменяется от 0 до - . При переходе из двигательного в генера

торный режим сначала двигатель разгружается и асинхронная машина начинает работать в режиме холостого хода (точка В). При этом из сети забирается активная мощность, необходимая для покрытия потерь холостого хода. Чтобы подойти к точке идеального холостого хода А, надо вращать ротор двигателя приводным устройством. В этом режиме механические потери покрываются за счет механической мощности, поступающей с вала двигателя, а угловая скорость ротора сор равна синхронной угловой скорости поля сос.

При дальнейшем увеличении скорости (до точки Е) активная мощность, поступающая с вала двигателя, расходуется па покрытие потерь в стали и электрических потерь в обмотках ротора и статора. Только перейдя точку Е, асинхронный генератор отдает электрическую мощность в сеть (ток /г на круговой диаграмме). Начиная с режима идеального холостого хода, ротор опережает магнитное поле и сор > со(.. На круговой диаграмме все построения и характерные точки и линии, а также определения скольжения, cos ф и моментов остаются такими же, как и для других режимов работы асинхронной машины.

В генераторном режиме активная мощность отдается в сеть и активный ток на круговой диаграмме при переходе через линию подведенной мощности изменяет свой знак. При этом реактивная мощность направления не изменяет: она во всех режимах работы асинхронной машины поступает из сети. Можно считать, что ток холостого хода /0 остается практически неизменным во всех режимах работы.

Уравнения установившегося режима асинхронного генератора ничем не отличаются от уравнений двигателя, только ток Г2 располагается во втором квадранте и векторная диаграмма принимает вид, показанный на рис. 3.17, в.

Как следует из векторной диаграммы, в генераторном режиме U < ?), векторы токов Д и Д> имеют почти противоположное направление по отношению к режиму двигателя, а ф] > 90°. При этом

что свидетельствует о том, что механическая мощность в асинхронном генераторе преобразуется в электрическую и отдается в сеть.

Для асинхронного генератора справедливы такие же схемы замещения, что и для асинхронного двигателя. Отличие состоит лишь в том, что в генераторе мощность на валу Р2> Р. Параметры схемы замещения и потери определяются так же, как и в режиме двигателя.

Конструктивно асинхронные генераторы не отличаются от двигателей. Как и асинхронные двигатели, асинхронные генераторы могут изготовляться на мощности в десятки тысяч киловатт. Но на тепловых и гидравлических станциях асинхронные генераторы нс нашли большого применения из-за того, что для их работы необходим источник реактивной мощности.

Конструкция ротора асинхронного генератора проще конструкции ротора синхронного. Ротор асинхронного генератора может быть выполнен в виде массивного стального цилиндра без обмоток. Поэтому асинхронные генераторы могут выполняться на высокие частоты вращения — до 100 000 об/мин.

Автономная энергетическая система с асинхронным генератором

Рис. 3.85. Автономная энергетическая система с асинхронным генератором

При применении асинхронных генераторов в автономных энергетических установках в качестве источника реактивной мощности используются конденсаторы (рис. 3.85).

Если сопротивление zH чисто активное, то реактивная мощность конденсаторов равняется реактивной мощности машины Q = atZ] t/j/jsin ф(. Когда z„ содержит индуктивную составляющую, конденсаторы покрывают реактивную мощность машины и нагрузки. При работе асинхронного ге-

нератора на активно-емкостную нагрузку можно обойтись без конденсаторов. Следует иметь в виду, что габариты конденсаторной батареи большие и масса ее примерно такая же, что и у двигателя.

В установившемся режиме основные соотношения для асинхронного генератора с самовозбуждением можно определить из схемы замещения (рис. 3.86). Эта схема замещения отличается от схемы замещения асинхронного двигателя лишь тем, что на ее выводы включены сопротивления

1

нагрузки z„ и конденсатора хс =

Схема замещения асинхронного генератора с возбуждением от конденсаторов

Рис. 3.86. Схема замещения асинхронного генератора с возбуждением от конденсаторов

Процесс самовозбуждения асинхронного генератора можно представить следующим образом. При вращении ротора генератора с частотой, близкой к номинальной, за счет остаточного намагничивания ротора наводится ЭДС Еост (рис. 3.87). Эта ЭДС наводит в цепи конденсаторов и машины ток /, который усиливает поле машины и создает ЭДС Е. Далее токи и МДС возрастают, пока их значения нс установятся в точке пересечения характеристики холостого хода генератора с вольт-амнерной характеристикой цепи конденсаторов с1с) и не станут равными току /( и ЭДС Е (см. рис. 3.87).

Напряжение на генераторе зависит от емкости конденсаторов: чем меньше емкость, тем больше угол а (см. рис. 3.87). При небольших значениях емкости вольт-амперная характеристика хс не пересекается с характеристикой холостого хода XXX асинхронного генератора и машина не возбуждается. Напряжение на генераторе зависит также от вида характеристики намагничивай ия. Изменяя насыщение асинхронного генератора, можно при постоянной емкости конденсаторов регулировать напряжение на выводах генератора. Изменять насыщение магнитной системы генератора удобно путем подмагничивания спинки статора постоянным током. Изменять плавно емкость силовых конденсаторов трудно. Поэтому при плавном регулировании напряжения асинхронного генератора в цепь конденсаторов последовательно включается реактор и за счет изменения его индуктивности осуществляется регулирование реактивной мощности в системе и напряжения на генераторе.

Самовозбуждение асинхронного генератора

Рис. 3.87. Самовозбуждение асинхронного генератора

В асинхронном генераторе, работающем параллельно с сетью, частота задается сетью и не изменяется при изменении режима работы асинхронного генератора. В асинхронном генераторе, работающем в автономной системе, частота напряжения зависит как от частоты вращения ротора, так и от параметров генератора и элементов автономной системы. Эго усложняет расчеты режимов работы автономной системы и проектирование асинхронного генератора.

Значительные габариты конденсаторов и громоздкие схемы регулирования ограничивают применение асинхронных генераторов в автономных системах. Схемы с синхронными генераторами находят большее применение.

В тормозном режиме ротор асинхронной машины из-за момента приводного двигателя вращается в сторону, противоположную вращению магнитного поля. Тормозной режим на круговой диаграмме занимает часть окружности от точки С (s = 1) до точки D, где 5 = +°° (см. рис. 3.84). В этом ю, - сор

режиме s = ——— > 1.

Особенностью тормозного режима является то, что как электрическая, так и механическая мощность поступает в машину и преобразуется в тепло. Этот режим работы для машины тяжелый и обычно кратковременный.

Переходным режимом торможения является режим про- тивовключения, который применяется для быстрого останова асинхронной машины.

В установившемся режиме тормоза асинхронные машины работают в крановых электроприводах, когда притормаживается груз, опускаемый подъемным краном. Тормозной режим используется в детандерах, когда от струи газа или жидкости отбирается энергия. Чтобы асинхронная машина устойчиво работала в этом режиме и допускалось регулирование частоты вращения, механическая характеристика должна иметь критическое скольжение sK ~ 4-^5 (см. рис. 3.40).

В трансформаторном режиме асинхронная машина работает при s = 1 (точка С на круговой диаграмме рис. 3.84). В этом режиме машина не является электромагнитным преобразователем и не преобразует электрическую энергию в механическую или обратно. Однако на ротор действует момент, который можно определить по круговой диаграмме.

В трансформаторном режиме используются асинхронные машины с фазным ротором. При этом между обмотками статора и ротора возможны трансформаторная и автотрансформаторная связи.

Асинхронная машина с заторможенным ротором, который может поворачиваться относительно статора на электрический угол 360°, называется фазорегулятором (рис. 3.88, а).

При повороте ротора относительно статора амплитуда ЭДС на роторе нс изменяется, так как ЭДС в роторе наводится вращающимся полем, а фаза (сдвиг между первичным и вторичным напряжениями) изменяется. Векторная диаграмма фазорегулятора дана на рис. 3.88, б. Принимая активные и индуктивные сопротивления . фазорегулятора равными нулю, можно считать, что U2 = Ё2. При повороте ротора относительно статора изменяется временной угол а между напряжениями статора и ротора

Ротор относительно статора поворачивается вручную или с помощью исполнительного двигателя. На ротор фазорегулятора действует момент, что следует учитывать при расчете редуктора, с помощью которого осуществляется поворот ротора фазорегулятора.

Схема и векторная диаграмма фазорегулятора

Рис. 3.88. Схема и векторная диаграмма фазорегулятора

Индукционный регулятор применяется для регулирования переменного напряжения двух-, трех- и многофазных систем. Конструктивно индукционный регулятор — заторможенная асинхронная машина с фазным ротором, обмотки статора и ротора которой имеют автотрансформаторную связь (рис. 3.89, а).

При повороте ротора индукционного регулятора напряжение на нагрузке U2 изменяется в соответствии с векторной диаграммой рис. 3.89, ^Напряжение на нагрузке 02 зависит от напряжения сети U] и соотношения чисел витков на статоре и роторе, которое определяет Ё2, равное

Схема и векторная диаграмма индукционного регулятора где Ё ~ й W и w — числа витков ротора и статора; kи k — обмоточные коэффициенты обмоток ротора и статора

Рис. 3.89. Схема и векторная диаграмма индукционного регулятора где Ё ~ й W и w2 — числа витков ротора и статора; koX и ko2 — обмоточные коэффициенты обмоток ротора и статора.

На векторной диаграмме рис. 3.89, б а — угол между обмотками статора и ротора. При повороте ротора относительно статора конец вектора U2 перемещается по окружности и на выходе индукционного регулятора напряжение изменяется от U2m, „ До {/2max.

При равенстве чисел витков обмоток статора и ротора Е2х = Ux. При этом и2тях ~ 2 Uх, a U2min = 0.

В индукционном регуляторе по схеме рис. 3.89, а при повороте ротора вместе с амплитудой напряжения изменяется и фаза. Если необходимо иметь только изменение напряжения, применяется сдвоенный индукционный регулятор (рис. 3.90, а). Такой индукционный регулятор состоит из двух индукционных регуляторов, у которых обмотки ротора соединены параллельно, а обмотки статора — последовательно. Магнитные поля двух индукционных регуляторов, имеющих общий вал, вращаются в противоположные стороны. Поэтому ЭДС двух роторов при их повороте направлены так, что угол между U и U2 не изменяется. Векторная диаграмма сдвоенного индукционного регулятора представлена на рис. 3.90, б. Результирующий момент на валу сдвоенного регулятора равен нулю. Недостаток такого регулятора — удвоение массы по сравнению с обычным индукционным регулятором.

Как и в обычных трансформаторах, в трансформаторах с вращающимся магнитным полем можно получить преобразование числа фаз и частоты.

Схема и векторная диаграмма сдвоенного индукционного регулятора

Рис. 3.90. Схема и векторная диаграмма сдвоенного индукционного регулятора

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >