Основы технической механики

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

«СЫКТЫВКАРСКИЙ ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНЫЙ ТЕХНИКУМ»

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

По дисциплине: «Основы технической механики»

Оглавление

1. Векторная диаграмма нагруженного трансформатора

2. Каковы особенности работы и пуска двигателя с двойной беличьей клеткой?

1. Векторная диаграмма нагруженного трансформатора

Соотношения между напряжениями и токами в нагруженных трансформаторах наглядно показывают их векторные диаграммы. Как и в случае холостого хода, векторную диаграмму нагруженного трансформатора целесообразно начинать строить с вектора основного магнитного потока (рис. 102, а). По отношению к вектор 10 опережает его на угол а. Вектор эдс 2, индуктируемой основным магнитным потоком, отстает от него на 900. Сдвиг фаз 2 между этой эдс и током 2 зависит от отношения реактивных и активных сопротивлений вторичной цепи. Если нагрузка zн состоит из активного сопротивления rн и индуктивного xн, что имеет место в большинстве случаев, то

Построив под углом 2 вектор тока 2, нужно затем определить вектор вторичного напряжения, 2 = 2 -- 2 Следовательно, нужно вычесть из 2 векторы 2r2 и 2jx2- Чтобы вычесть 2jx2 опускаем из конца вектора 2 перпендикуляр на направление 2 и на этом перпендикуляре от конца 2 откладываем величину 2х2. Ее вектор направлен навстречу 2. Затем, чтобы вычесть 2r2, проводим через начало 2jx2 прямую, параллельную 2, и на ней откладываем значение 2r2. Векторы 2r2 и 2jx2 являются катетами треугольника внутренних падений напряжений вторичной обмотки. Гипотенуза этого треугольника -- I2 z2. Соединив начало координат с началом I2z2, получаем вектор вторичного напряжения 2.

На основании уравнения токов (78), чтобы построить вектор первичного тока 1 нужно сначала построить вектор -- приведенного вторичного тока. Он противоположен по направлению вектору 2.

Векторная диаграмма трансформатора:

а -- при активно-индуктивной нагрузке, б -- при емкостной нагрузке

Складывая геометрически 10 и находим:

1=+10

Вектор 1 строим в общем так же, как его строили на диаграмме холостого хода:

1 = (-1) + 1r1 + 1jx1

Вектор (-1) строим в сторону опережения под углом 90° к . К нему прибавляем вектор 1r1 параллельный 1 и вектор 1jx1 опережающий 1 на 900. Гипотенузой треугольника внутренних падений напряжения служит вектор 1 . Соединив его конец с началом координат, получаем вектор первичного напряжения U1 Сдвиг фаз 1 между первичными напряжением и током будет больше, чем сдвиг фаз 2 во вторичной цепи. Это результат влияния индуктивного намагничивающего тока I10 и внутренних индуктивных сопротивлений двух обмоток трансформатора.

Если во вторичной цепи трансформатора сдвиг фаз емкостный, при котором вторичный ток 2 опережает напряжение 2, то хотя порядок построения векторной диаграммы остается тем же, но общий вид ее заметно изменяется. Из-за емкостной нагрузки ток опережает по фазе эдс 2 на угол

Из ряда особенностей такой диаграммы (рис. 102, б) отметим, что в ней 2 может быть больше 2 из-за того, что емкостное сопротивление приемника в некоторой степени компенсируется индуктивным сопротивлением рассеяния вторичной обмотки,

Векторные диаграммы трансформатора обычно изображают не количественную, а качественную сторону явлений в трансформаторе. В них для наглядности приходится очень сильно преувеличивать внутренние падения напряжения и ток холостого хода, В реальном трансформаторе падения напряжения не превышают нескольких процентов от первичного и вторичного напряжений.

Отношение первичного и вторичного напряжений обычно достаточно велико (например, 6000 и 220 В), вследствие чего затруднительно изобразить на векторной диаграмме первичные и вторичные напряжения и токи в одном и том же масштабе. По этой причине векторные диаграммы обычно строят для приведенною трансформатора, у которого w1 = w2 и, следовательно, n12 = 1, кроме того, здесь E1 = Е2, I'2 = I2 и т. д. Такое условие принципиально не изменяет соотношений в первичной и вторичной цепях, но зато дает возможность непосредственно сопоставлять первичные и вторичные величины. Векторные диаграммы (см. рис. 102) построены для такого приведенного трансформатора (E1 = Е2, I'2 = I2). Приведение трансформатора к n12 = 1 широко используется при расчетах. Выражения приведенных величин через действительные вторичные величины следующие: E'2 = Е2; I'2 = I2 и соответственно U'2 =U2, I'2r2= I2r2 и т. д.- Но при приведении сопротивлений должны остаться неизмененными энергетические условия, поэтому r'2 = ()2r2; x'2 = () 2x2.

2. Каковы особенности работы и пуска двигателя с двойной беличьей клеткой?

Стремление повысить пусковой момент короткозамкнутых асинхронных двигателей без увеличения активного сопротивления обмотки ротора (а следовательно, и потерь энергии в нем) привело к появлению специальных конструкций двигателей, называемых двигателями с повышенным пусковым моментом. К ним относятся двигатели с двойной «беличьей клеткой» и с ротором, имеющим глубокие пазы (глубокопазные двигатели).

Рис. 1. Общий вид (а), разрез паза (б) ротора двигателя с двойной «беличьей клеткой» и распределение плотности тока Д по высоте h в клетках при пуске и работе двигателя (в): 1--рабочая клетка; 2--пусковая клетка; 3--сердечник ротора; 4--короткозамыкающие кольца

Двигатель с двойной «беличьей клеткой». Ротор этого двигателя (рис. 1, а) имеет две короткозамкнутые обмотки. Наружная клетка является пусковой; она выполнена из стержней малого поперечного сечения и поэтому обладает повышенным активным сопротивлением R2п. Внутренняя клетка является основной рабочей обмоткой двигателя; она выполнена из стержней сравнительно большого поперечного сечения и обладает малым активным сопротивлением R2р.

Индуктивные сопротивления клеток определяются значениями потоков рассеяния Цу2, сцепленных с их стержнями. Так как пусковая клетка расположена близко к поверхности ротора, то сцепленные с ее стержнями потоки рассеяния Цу2 (рис. 5.32, б) сравнительно невелики и она обладает малым индуктивным сопротивлением Х2п. Рабочая клетка, наоборот, удалена от поверхности ротора, поэтому она имеет большое индуктивное сопротивление Х2р. Увеличение индуктивного сопротивления рабочей клетки обеспечивается благодаря соответствующему выбору ширины и высоты паза ротора, а также выбору щели и расстоянию между стержнями обеих клеток.

Для повышения активного сопротивления пусковой клетки стержни обычно изготовляют из марганцовистой латуни или бронзы. Стержни рабочей клетки выполняют из меди. Торцовые короткозамыкающие кольца делают медными. В некоторых случаях обе обмотки объединяют и выполняют литыми из алюминия.

В электрическом отношении обе клетки включены параллельно, вследствие чего ток ротора распределяется между ними обратно пропорционально их полным сопротивлениям Z2п и Z2p:

В начальный момент пуска, когда s=1 и частота тока f2 в роторе максимальна, индуктивные сопротивления клеток во много раз больше их активных сопротивлений, поэтому

т. е. ток ротора проходит в основном через пусковую клетку (рис. 1, в), у которой Х2п<Х2р. В то же время эта клетка обладает сравнительно большим активным сопротивлением, а следовательно, создает повышенный пусковой момент.

По мере разгона ротора уменьшается скольжение s и частота f2, а поэтому изменяются индуктивные сопротивления Х2р и Х2п и распределение тока между клетками. Из (5.60) следует, что ток начинает постепенно переходить из пусковой клетки в рабочую. По окончании процесса разгона величина s становится малой и роль реактивных сопротивлений в токо -распределении оказывается незначительной. В этом случае распределение токов определяется отношением

нагруженный трансформатор асинхронный двигатель

т. е. ток начинает проходить в основном по рабочей клетке, где R2p<R2п.

Таким образом, в рассматриваемом двигателе ток в начальный момент пуска вытесняется в наружную пусковую клетку, создающую большой пусковой момент, а по окончании процесса пуска проходит по рабочей клетке с малым активным сопротивлением, вследствие чего двигатель работает с высоким КПД. Двигатели с повышенным пусковым моментом часто называют двигателями с вытеснением тока.

Зависимость M=f(s) для двигателей с двойной «беличьей клеткой» можно построить, рассматривая действие пусковой и рабочей обмоток раздельно. Поскольку пусковая обмотка имеет повышенное сопротивление, максимум образуемого ею момента смещен в область больших скольжений (рис. 5.33, а, кривая 1). Характеристика M=f(s) создаваемая рабочей обмоткой (кривая 2), имеет такую же форму, как и характеристика короткозамкнутого двигателя нормального исполнения; у нее максимум момента соответствует скольжению sкр = 0,l ...0,2. Результирующую характеристику двигателя (кривая 3) можно получить путем суммирования ординат кривых 1 и 2. У двигателя с двойной «беличьей клеткой» пусковой момент значительно больше, чем у короткозамкнутого двигателя нормального исполнения. Кратность пускового момента этого двигателя Мп/Мном = 1,3...1,7, а кратность пускового тока Iп/Iном = 4...6.

Рис. 2. Зависимости M=f(s) асинхронных двигателей с различными конструктивными исполнениями ротора (а, б)

Размещено на Allbest.ru