Регулирование скорости изменением частоты тока питающей сети. Регулирование скорости изменением частоты тока питающей сети Как повысить частоту переменного напряжения
Вследствие повышения числа переносимых по цепи зарядов увеличивается частота тока . В свою очередь, рост числа переносимых в единицу времени зарядов равносилен увеличению тока в цепи и уменьшению его сопротивления, а добиться этого можно с помощью цепи с конденсатором.
Вам понадобится
- - конденсатор;
- - генератор;
- - ключ;
- - провода.
Инструкция
Соберите цепь с конденсатором, в которой синусоидальное напряжение создает генератор переменного тока .
При нулевом напряжении в момент замыкания ключа в первую четверть периода напряжение на зажимах генератора начнет возрастать, и конденсатор начнет заряжаться. В собранной цепи появится ток, но, несмотря на то, что напряжение на пластинах генератора еще достаточно мало, значение тока в цепи будет наибольшим (значение его заряда).
Отметьте, что по мере уменьшения разряда конденсатора показатель тока в цепи уменьшается, а в момент полной разрядки ток равен нулю. При этом значение напряжения на пластинах конденсатора будет постоянно расти, и в момент полной разрядки конденсатора достигнет максимальной величины (т.е. значение будет полностью противоположным напряжению на пластинах генератора). Таким образом, можно сделать вывод: в начальный момент времени ток с наибольшей силой устремится в незаряженный конденсатор, и по мере его заряжения начнет полностью убывать.
Обратите внимание
Помните, что с увеличением частоты тока уменьшается и сопротивление конденсатора переменному току (емкостное сопротивление конденсатора). Таким образом, емкость сопротивления обратно пропорциональна емкости цепи и частоте питающего ее тока.
Полезный совет
Конденсатор – достаточно универсальный элемент. Когда он разряжен, он ведет себя как короткое замыкание – ток через него течет без ограничений, а его значение стремится к бесконечности. Когда же он заряжен, на этом месте цепи происходит обрыв и напряжение цепи начинает постоянно нарастать. Получается интересная зависимость – есть напряжение, но нет тока, и наоборот. Поэтому добиться увеличения частоты тока можно лишь при разряженном конденсаторе, который приходит в такое состоянии с определенным интервалом необходимое число раз. Используйте эту информацию при создании цепи.
Ко всем, кого это может коснуться:
Да будет всем известно, что я, Никола Тесла, гражданин Америки, проживающий в Манхеттене, изобрел новые и полезные улучшение в средствах увеличения интенсивности электрических колебаний, которые описаны ниже.
Во многих научных и практичных случаях использования электрических импульсов или колебаний - как, например, в системах передачи данных на расстояния - очень важно увеличить как можно больше импульсы или колебания тока, которые генерируются в схемах передатчика и приемника, особенно в последнем.
Известно, что когда электрические импульсы поданные в схему совпадают со свободными колебаниями, интенсивность колебаний созданных в ней зависит от величины физической константы и соотношения периодов поданных и свободных колебаний. Для получения наилучших результатов необходимо, чтобы периоды вынужденных и свободных колебаний совпадали, в случае чего интенсивность последних будет наибольшей и зависит в основном от индуктивности и сопротивления цепи, их величина будет прямо пропорциональна индуктивности и обратно пропорциональна сопротивлению.
Таким образом, для того, чтобы увеличить колебания в цепи, иными словами увеличить ток или напряжение, нужно делать индуктивность как можно больше и сопротивления как можно меньше. Помня об этом, я изобрел и использовал провода специальной формы и очень большого поперечного сечения; Но я нашел, что возможность увеличивать индуктивность и уменьшать сопротивления ограничено. Это понятно, если принять во внимание, что резонансное увеличение тока или напряжения в цепи пропорционально частоте импульсов и что большая индуктивность в общем вызывает колебания малой частоты.
С другой стороны, увеличение сечения проводника с целью уменьшения сопротивления, после какой-то границы, уменьшает сопротивление мало или не уменьшает, поскольку электрические колебания, особенно высокой частоты, текут в приповерхностном слое, и что эту помеху можно обойти используя многожильные, скрученные провода, но на практике при этом возникают другие преграды, которые часто больше чем польза от их использования.
Хорошо известный факт, что если температура проводника увеличивается, увеличивается и его сопротивление, поэтому конструкторы размещают катушки так, чтобы избежать их нагрева в процессе использования.
Я открыл, что чтобы колебания в цепи были свободными цепь должна работать при низкой температуре при этом колебания возбуждения также должны в большой степени увеличиватся.
Если коротко, то моё изобретение заключается в создании большой интенсивности и длительности колебаний в свободно колеблющейся или резонирующей цепи посредством проведения этого процесса при низкой температуре.
Обычно в коммерческих аппаратах это достигается когда объект изолируется от бесполезного нагревания, что сводит потери к минимуму.
Моё изобретение не только предусматривает экономию энергии, но имеет совершенно новое и ценное свойство увеличивать степень интенсивности и длительности свободных колебаний. Это может быть полезно всегда, когда необходимио накапливать свободно колеблющиеся разряды.
Наилучшим способом реализации изобретения является окружение свободноколеблющейся цепи или проводника, содержашегося при низкой температуре, с помощью подходящей среды (холодный воздух, охлаждающий агент), что приведёт к получению наибольшей самоиндукции и наименьшему сопротивлению. Например, если в системе передчи энергии через окружающую среду передатчик и приёмник подключены к земле и к изолированным терминалам посредством проводников, то длина этих проводников должна быть равна одной-четвёртой длины волны проходяшей через них.
На приложенном рисунке представлена схема аппарата используемого в моём изобретении.
Схема представляет два устройства одно из которых может быть приёмником, а другое передатчиком. Каждыое содержит катушку из нескольких витков имеющих низкое сопротивлеие (обозначено как А и А"). Первичная катушка, предназначенная быть частью передатчика подключена к источнику тока. В каждом приборе имеются плоские спирально намотанные индуктивные катушки В и B", один конец которых подключен к заземлению С, а другой, идущий из центра, к изолированному терминалу выведенному в воздух. Катушки В помещены в ёмкость содержащую охлаждающий агент вокруг которой намотаны катушки А. Катушки в форме спирали предназначены для создания свободных колебаний. Конечно, форма их может быт любой.
Теперь предположим, в простейшем случае, что на катушку А передатчика действуют импульсы произвольной частоты. Аналогичные импульсы будут индуктироваться и в катушках В, но с большей частотой. И это увеличение будет прямо пропоцианально их индуктивности и обратно пропоцианально их сопротивлению. А раз остальные условия остануться прежними, то интенсивность колебаний в резонирующей цепи В возрастёт в той-же пропорции в которой сопротивление уменьшится.
Однако зачастую условия могут быть таковы, что достижение цели заключается не только за счёт уменьшения сопротивления цепи, но и за счёт манипуляций длиной проводников и соответственно индуктивностью и сопротвлением, что определяет интенсивность свободных колебаний.
Колебания в катушке В, значительно усиленные, распространяются и достигают настроенной на приём катушки В" воозбуждая соответственные колебания в ней и которые по аналогичной причине усиливаются, что ведёт к увеличению токов или колебаний в цепях А" приёмного устройства. Кода цепь А периодически открывается и закрывается эффект в приёмнике повышается описанным способом, не только из-за усиления импульсов в катушах В, но и из-за их способности существовать в больших интервалах времени.
Изобретение наиболее эффективно, когда импульсы в цепи А передатчика вместо произвольных частот имеют частоту собственных колебаний, иначе говоря были возбуждены свободными колебаниями высокочастотных разрядов конденсатора. В таком случае охлаждение проводника А ведёт к значительному увеличению колебаний в резонирующей цепи В. Прёмные катушки B" возбуждаются сильнее пропорционально и индуцируют токи высокой интенсивности в цепи А". Очевидно, что чем больше число свободно вибрирующих цепей поочерёдно передают и принимают энергию, тем относительно больше будет эффект посредством применения моего изобретения.
По утверждению Теслы, год, проведенный им в Питсбурге, был потерян для исследовательских работ в области многофазных токов. Возможно, что это утверждение близко к истине, но возможно и то, что именно этот год стал началом дальнейших творческих успехов изобретателя. Дискуссия с инженерами завода Вестингауза не прошла бесследно. Обоснование предложенной им частоты переменного тока в 60 периодов требовало более тщательного анализа экономической эффективности применения как меньших, так и более высоких частот. Научная добросовестность Теслы не позволяла ему оставить этот вопрос без тщательной проверки.
Возвратившись в 1889 году из Европы, он принялся за конструирование генератора переменного тока большой частоты и вскоре создал машину, статор которой состоял из 348 магнитных полюсов. Этот генератор давал возможность получать переменный ток с частотой в 10 тысяч периодов в секунду (10 кГц). Вскоре ему удалось создать и еще более высокочастотный генератор и начать изучение различных явлений при частоте 20 тысяч периодов в секунду.
Исследования показали, что по мере увеличения частоты переменного тока можно значительно уменьшить объем железа в электромагнитных электродвигателях, а начиная с определенной частоты, можно создавать электромагниты, состоящие из одних только обмоток, вообще без железа в катушках. Двигатели, созданные из таких электромагнитов без железа, были бы чрезвычайно легкими, но во многих других отношениях неэкономичны, и уменьшение затрат металла не окупалось бы из-за значительного увеличения потребления электроэнергии.
Исследуя широкий диапазон частот переменного тока первоначально в пределах, которые могли бы быть применены в многофазной системе (25-200 периодов в секунду), Тесла вскоре перешел к изучению свойств и возможностей практического использования токов повышенных (10-20 тысяч периодов в секунду) и высоких (20-100 тысяч периодов в секунду) частот. Для получения значительно большего числа периодов и значительно более высоких напряжений, чем это могло быть достигнуто созданными им генераторами токов высокой частоты, необходимо было найти и опереться на иные принципы. Хорошо знакомый с мировой литературой по электрофизике и электротехнике, Тесла изучил работу знаменитого американского физика Джозефа Генри, высказавшего еще в 1842 году предположение, что при некоторых электрических разрядах (в том числе и разряде лейденской банки) имеются не только "главные разряды", но и встречные, причем каждый последующий несколько слабее предыдущего. Так было впервые замечено существование затухающего двухстороннего электрического разряда.
Тесла знал и о том, что спустя одиннадцать лет после Генри английский физик лорд Кельвин экспериментально доказал, что электрический разряд конденсатора есть процесс двухсторонний, продолжающийся до тех пор, пока энергия его не будет израсходована на преодоление сопротивления среды. Частота этого двухстороннего процесса достигает 100 миллионов колебаний в секунду. Искра между шариками разрядника, кажущаяся однородной, в действительности состоит из нескольких миллионов искр, проходящих в короткий промежуток времени в обе стороны.
Кельвин дал математическое выражение процесса двухстороннего разряда конденсатора. Позднее Феддерсон, Шиллер, Кирхгоф, Гельмгольц и другие исследователи не только проверили правильность этого математического выражения, но и значительно дополнили теорию электрического разряда. Знаком был Тесла и с работами Антона Обербанка, наблюдавшего явление электрического резонанса, то есть процесс резкого возрастания амплитуды (размаха) колебаний при приближении частоты внешнего колебания к частоте собственные внутренних колебаний системы.
Хорошо известны были ему и опыты Герца и Лоджа, занимавшихся изучением электромагнитных волн. Особенно большое впечатление на Теслу произвели эксперименты Генриха Герца, подтвердившие теоретические предположения Джемса К. Максвелла о волновой природе электромагнитных явлений. Надо заметить, что в работах Герца Тесла впервые нашел указание на явление так называемых "стоячих электромагнитных волн", то есть волн, накладывающихся одна на другую так, что они в одних местах усиливают друг друга, создавая "пучности", а в других уменьшают до нуля, создавая "узлы".
Зная все это, Никола Тесла в 1891 году закончил конструирование прибора, сыгравшего исключительную роль в дальнейшем развитии самых различных отраслей электротехники и особенно радиотехники. Для создания токов высокой частоты и высокого напряжения он решил воспользоваться известным свойством резонанса, то есть явлением резкого возрастания амплитуды собственных колебаний какой-либо системы (механической или электрической) при наложении на них внешних колебаний с той же частотой. На основании этого известного явления Тесла создал свой резонансный трансформатор.
Действие резонансного трансформатора основано на настройке в резонанс его первичного и вторичного контуров. Первичный контур, содержащий как конденсатор, так и индукционную катушку, позволяет получить переменные токи весьма высокого напряжения с частотами в несколько миллионов периодов в секунду. Искра между шариками разрядника вызывает быстрые изменения магнитного поля вокруг первичной катушки вибратора. Эти изменения магнитного поля вызывают возникновение соответствующего высокого напряжения в обмотке вторичной катушки, состоящей из большого числа витков тонкой проволоки, причем частота переменного тока в ней соответственно количеству искровых разрядов достигает нескольких миллионов перемен в секунду.
Наибольшей величины частота достигает в момент, когда периоды первичной и вторичной цепи совпадают, то есть когда наблюдается явление резонанса в этих цепях.
Тесла разработал очень простые методы автоматической зарядки конденсатора от источника тока низкого напряжения и разрядки его через трансформатор с воздушным сердечником. Теоретические расчеты изобретателя показали, что даже при самых незначительных величинах емкости и индукции в созданном им резонансном трансформаторе при соответствующей настройке можно получить путем резонанса весьма высокие напряжения и частоты.
Открытые им в 1890 году принципы электрической настройки резонансного трансформатора и возможность изменять емкость для изменения длины волны электромагнитных колебаний, создаваемых трансформатором, стали одним из наиболее важных оснований радиотехники, а мысли Теслы об огромной роли конденсатора и вообще емкости и самоиндукции в развитии электротехники оправдались.
При создании резонансного трансформатора пришлось решить еще одну практическую задачу: найти изоляцию для катушек сверхвысокого напряжения. Тесла занялся вопросами теории пробоя изоляции и на основании этой теории нашел лучший способ изолировать витки катушек - погружать их в парафиновое, льняное или минеральное масло, называемое теперь трансформаторным. Позднее Тесла еще раз возвратился к разработке вопросов электрической изоляции и сделал весьма важные выводы из своей теории.
Едва начав опыты с токами высокой частоты, Никола Тесла ясно представил себе огромные перспективы, открывавшиеся перед человечеством при широком использовании токов высокой частоты. Направление работ Теслы свидетельствует о необычайно разносторонних выводах, которые он сделал из своего открытия.
Прежде всего, он пришел к убеждению, что электромагнитные волны играют исключительно важную роль в большинстве явлений природы. Взаимодействуя друг с другом, они либо усиливаются, либо ослабляются, либо вызывают новые явления, происхождение которых мы иногда приписываем совершенно другим причинам. Но не только электромагнитные излучения играют огромную роль в самых различных явлениях природы. Тесла интуицией большого ученого понял значение различных излучений еще до замечательных открытий радиоактивных элементов. Когда позднее, в 1896 году, Анри Беккерель, а затем Пьер и Мария Кюри открыли это явление, Тесла нашел в этом подтверждение своих предвидений, высказанных им еще в 1890 году.
Огромное значение переменных токов в развитии промышленности, получившей, наконец, необходимый ей электродвигатель, стало ясно Николе Тесле при первом же знакомстве с преимуществами трехфазного тока, требующего для его передачи всего лишь три провода. Для Теслы уже в то время было несомненно, что должен быть открыт способ передачи электроэнергии и вовсе без проводов, с помощью электромагнитных волн. Эта проблема привлекла внимание Теслы, стала предметом его занятий еще в конце 1889 года.
Однако практическое применение токов высокой частоты для самых разнообразных целей требовало изучения на первый взгляд самых различных, не связанных между собой вопросов. Эти-то эксперименты в широком масштабе и начал проводить в своей лаборатории Никола Тесла.
Начав систематические опыты с токами высокой частоты и высокого напряжения, Тесла должен был прежде всего разработать меры защиты от опасности поражения электрическим током. Эта частная, вспомогательная, но весьма важная задача привела его к открытиям, заложившим основу электротерапии - обширной области современной медицины.
Ход мыслей Николы Теслы был чрезвычайно оригинален. Известно, рассуждал он, что постоянный ток низкого напряжения (до 36 вольт) не оказывает вредных действий на человека. По мере повышения напряжения возможность поражения быстро возрастает.
С увеличением напряжения, поскольку сопротивление тела человека практически неизменно, сила тока так же увеличивается и достигает при 120 вольтах угрожающей величины. Более высокое напряжение становится опасным для здоровья и жизни людей.
Иное дело ток переменный. Для него предел опасного напряжения значительно выше, чем для постоянного, и этот предел отодвигается с повышением частоты. Известно, что электромагнитные волны очень высокой частоты не оказывают никакого болезненного действия на человека 10 . Пример тому свет, воспринимаемый при нормальной яркости здоровым глазом без всяких болезненных ощущений. В пределах каких же частот и напряжений переменный ток опасен? Где начинается зона безопасного тока?
Шаг за шагом исследовал Тесла действие переменного электрического тока на человека при разных частотах и напряжениях. Опыты он проводил на самом себе. Сначала через пальцы одной руки, затем через обе руки, наконец, через все тело пропускал он токи высокого напряжения и высокой частоты. Исследования показали, что действие электрического тока на человеческий организм складывается из двух составляющих: воздействия тока на ткани и клетки нагревом и непосредственного воздействия тока на нервные клетки.
Оказалось, что нагревание далеко не всегда вызывает разрушительные и болезненные последствия, а воздействие тока на нервные клетки прекращается при частоте свыше 700 периодов, аналогично тому, как слух человека не реагирует на колебания свыше 2 тысяч в секунду, а глаз - на колебания за пределами видимых цветов спектра.
Так была установлена безопасность токов высоких частот даже при высоких напряжениях. Более того, тепловые действия этих токов могли быть использованы в медицине, и это открытие Николы Теслы нашло широкое применение; диатермия, лечение УВЧ и другие методы электротерапии есть прямое следствие его исследований. Тесла сам разработал ряд электротермических аппаратов и приборов для медицины, получивших большое распространение как в США, так и в Европе. Его открытие было затем развито другими выдающимися электриками и врачами.
Однажды, занимаясь опытами с токами высокой частоты и доведя напряжение их до 2 миллионов вольт, Тесла случайно приблизил к аппаратуре медный диск, окрашенный черной краской. В то же мгновение густое черное облако окутало диск и тотчас поднялось вверх, а сам диск заблестел, словно чья-то невидимая рука соскоблила всю краску и отполировала его.
Удивленный Тесла повторил опыт, и снова краска исчезла, а диск сиял, поддразнивая ученого. Повторив десятки раз опыты с разными металлами, Тесла понял, что он открыл способ их очистки токами высокой частоты.
"Любопытно, - подумал он, - а не подействуют ли эти токи и на кожу человека, не удастся ли с их помощью снимать с нее различные, трудно поддающиеся удалению краски".
И этот опыт удался. Кожа руки, окрашенная краской, мгновенно стала чистой, как только Тесла внес ее в поле токов высокой частоты. Оказалось, что этими токами можно удалять с кожи лица мелкую сыпь, очищать поры, убивать микробы, всегда в изобилии покрывающие поверхность тела человека. Тесла считал, что его лампы оказывают особое благотворное действие не только на сетчатку глаза, но и на всю нервную систему человека. К тому же лампы Теслы вызывают озонирование воздуха, что также может быть использовано в лечении многих болезней. Продолжая заниматься электротерапией, Тесла в 1898 году сделал обстоятельное сообщение о своих работах в этой области на очередном конгрессе Американской электротерапевтической ассоциации в Буффало.
В лаборатории Тесла пропускал через свое тело токи напряжением в 1 миллион вольт при частоте 100 тысяч периодов в секунду (ток достигал при этом величины в 0,8 ампера). Но, оперируя с токами высокой частоты и высокого напряжения, Тесла был очень осторожен и требовал от своих помощников соблюдения всех им самим выработанных правил безопасности. Так, при работе с напряжением в 110- 50 тысяч вольт при частоте в 60-200 периодов он приучил их работать одной рукой, чтобы предотвратить возможность протекания тока через сердце. Многие другие правила, впервые установленные Теслой, прочно вошли в современную технику безопасности при работе с высоким напряжением.
Создав разнообразную аппаратуру для производства опытов, Тесла в своей лаборатории начал исследование огромного круга вопросов, относящихся к совершенно новой области науки, в которой его больше всего интересовали возможности практического использования токов высокой частоты и высокого напряжения. Работы его охватывали все многообразие явлений, начиная от вопросов генерирования (создания) токов высокой частоты и кончая детальным изучением различных возможностей их практического использования. С каждым новым открытием возникали все новые и новые проблемы.
Как одна из частных задач Теслу заинтересовала возможность использовать открытие Максвеллом и Герцем электромагнитной природы света. У него возникла мысль: если свет представляет собой электромагнитные колебания с определенной длиной волны, нельзя ли искусственно получить его не путем нагрева нити электрической лампы накаливания (что дает возможность использовать лишь 5 процентов энергии, превращающейся в световой поток), а путем создания таких колебаний, которые вызвали бы появление световых волн? Эта задача и стала предметом исследований в лаборатории Теслы в начале 1890 года.
Вскоре он накопил огромное количество фактов, позволивших перейти к обобщениям. Однако осторожность Теслы заставила его проверять десятки и сотни раз каждое свое утверждение. Он повторял сотни раз каждый опыт, прежде чем делал из него какие-либо выводы. Необычайность всех открытий Николы Теслы и огромный авторитет его привлекли внимание руководителей Американского института электроинженеров, вновь, как и три года назад, пригласивших Теслу прочесть лекцию о своих работах. Тесла избрал тему: "Опыты с переменными токами весьма высокой частоты и их использование для искусственного освещения".
По традиции, установившейся с первых лет существования института, было разослано ограниченное число приглашений лишь самым выдающимся электротехникам. Перед такой избранной аудиторией 20 мая 1892 года Тесла и прочел одну из своих самых вдохновенных лекций и продемонстрировал опыты, уже осуществленные им в своей лаборатории.
Нет ничего, что в большей степени могло бы привлечь внимание человека и заслужило бы быть предметом изучения, чем природа. Понять ее огромный механизм, открыть ее созидательные силы и познать законы, управляющие ею, - величайшая цель человеческого разума, - этими словами начал Тесла свое выступление.
И вот он уже демонстрирует перед слушателями результаты своих исследований в новой, еще никем не изученной области токов высокой частоты.
Рассеяние электромагнитной энергии в пространстве, окружающем источник токов высокой частоты, позволяет использовать эту энергию для самых различных целей, - убежденно говорит ученый и тут же показывает замечательный опыт. Он выдвигает гениальное положение о возможности передачи электроэнергии без проводов и в доказательство заставляет как обычные лампы накаливания, так и специально им созданные лампы без нитей внутри светиться, внося их в переменное электромагнитное поле высокой частоты. - Освещение лампами подобного рода, - говорит Тесла, - где свет возникает не под действием нагрева нитей протекающим током, а вследствие особых колебаний молекул и атомов газа, будет проще, чем освещение современными лампами накаливания. Освещение будущего, - подчеркивал ученый, - это освещение токами высокой частоты.
Особенно подробно остановился Тесла на описании своего резонансного трансформатора как источника волн весьма высокой частоты и снова подчеркнул значение разряда конденсатора в создании таких колебаний. Тесла правильно оценил большое будущее этой важнейшей детали современных радиотехнических средств. Он выразил эту мысль следующими словами:
Я думаю, что разряд конденсатора будет в будущем играть важную роль, так как он не только предоставит возможность получать свет более простым способом в том смысле, какой указывает изложенная мною теория, но окажется важным и во многих других отношениях.
Подробно изложив результаты экспериментов с токами высокой частоты, получаемыми с помощью резонансного трансформатора, Тесла завершил лекцию словами, свидетельствующими о его ясном представлении значения дальнейшего изучения явлений, над которыми его работы едва приоткрыли завесу тайны:
Мы проходим с непостижимой скоростью через бесконечное пространство; все окружающее нас находится в движении, и энергия есть повсюду. Должен найтись более прямой способ утилизировать эту энергию, чем известные в настоящее время. И когда свет получится из окружающей нас среды и когда таким же образом без усилий будут получаться все формы энергии из своего неисчерпаемого источника, человечество пойдет вперед гигантскими шагами.
Одно созерцание этой великолепной перспективы подымает наш дух, укрепляет нашу надежду и наполняет наши сердца величайшей радостью.
Под бурные аплодисменты Тесла закончил свое замечательное выступление. Необычайность всего показанного и особенно смелые выводы ученого, видевшего революционные последствия своих открытий, поразили слушателей, хотя далеко не все поняли содержание лекции так глубоко, как того хотелось бы Николе Тесле.
3.2.1 Повышение частоты тока происходит при избытке генерируемой мощности из-за отключения мощных потребителей, узлов энергообъединений, разрыва межсистемных связей, выделения электростанции на питание отдельного узла энергообъединения.
3.2.2 При повышении частоты может возникнуть асинхронный ход, в результате которого может произойти разрушение роторов турбины и генератора, повреждение вспомогательного оборудования электростанции. Продолжительность работы турбогенераторов при повышенной частоте ограничена. При внезапном (в течение нескольких секунд) повышении частоты в пределах до 50,1 Гц совместно с диспетчером определяется причина повышения частоты, а при частоте более 50,2 Гц НСС с разрешения диспетчера энергообъединения принимает необходимые меры к изменению генерирующей мощности тепловой электростанции с целью понижения частоты в энергосистеме. При этом контролируются перетоки по линиям, отходящим от электростанции.
3.2.3 При повышении частоты выше 50,4 Гц, когда практически исчерпаны регулировочные возможности ТЭС и ГЭС в части понижения частоты (начинает осуществляться аварийная разгрузка АЭС), оперативный персонал электростанции принимает меры к понижению частоты путем отключения или максимально возможной разгрузки требуемого количества энергоблоков по согласованию с диспетчером. При этом производится отключение блоков с сохранением с.н. либо блоки остаются в сети с минимально возможной нагрузкой. Снижение генерируемой мощности осуществляется дистанционным воздействием (дополнение к действию автоматических регуляторов) на систему управления мощностью турбин и на уменьшение паропроизводительности котлов, при этом удерживаются допустимые параметры и устойчивый режим работы котлов и контролируются перетоки по линиям, отходящим от электростанции.
3.2.4 Начальники смен электростанций, выделенных для самостоятельных действий персонала, при дальнейшем повышении частоты до 51,5 Гц (если нет других указаний в инструкции предприятия) без указаний диспетчера энергообъединения (оперативный персонал БЩУ только по указанию НСС) экстренно снижают генерируемую мощность отключением части агрегатов или энергоблоков, удерживая допустимые параметры и устойчивый режим работы котлов.
Перечень самостоятельно отключаемого персоналом оборудования, а также очередность отключения приводятся в инструкциях организации. При этом учитываются условия сохранения питания с.н. электростанций, поддержания отключенных котлов и турбин на холостом ходу для последующей синхронизации генераторов и набора мощности.
3.2.5 О выполненных самостоятельно экстренных отключениях оборудования персонал электростанции сразу же ставить в известность диспетчера энергообъединения.
3.2.6 В особых случаях, когда при повышении частоты в отдельных энергосистемах (узлах энергосистем) оказывается необходимым для сохранения устойчивости по каким-либо конкретным межсистемным или внутрисистемным связям не допустить срабатывания автоматической разгрузки станции (АРС), оперативный персонал электростанции в пределах резервов и допускаемых перегрузок повышает мощность турбин и паропроизводительность котлов или в крайнем случае сохраняет их прежнюю нагрузку. При этом в случае необходимости выводятся из работы те автоматические устройства, действие которых мешает реализации требований режима.
Основаниями для указанных действий оперативного персонала могут служить:
Получение распоряжения вышестоящего оперативного персонала;
Срабатывание специальной командной сигнализации;
Достоверное выявление (по приборам и сигналам) возникновения режима, требующего именно таких действий (если это предусмотрено инструкцией предприятия).
3.2.7 При резком повышении частоты (51 Гц и более) с возникновением качаний при несрабатывании АРС персоналу ТЭС разрешается отключить турбогенераторы от сети с обеспечением возможности повторной синхронизации. При этом турбогенераторы должны работать на с.н. с сохранением номинальной частоты вращения. Персоналу необходимо внимательно следить за параметрами котлов и турбогенераторов, не допуская нарушения режима и обеспечивая их готовность к включению в сеть, а также нагружению.
Асинхронные режимы
3.3.1 Асинхронный режим в энергообъединении может возникнуть вследствие нарушения статической или динамической устойчивости ввиду перегрузки межсистемных транзитных связей (аварийное отключение большой генерирующей мощности, резкий рост потребляемой мощности, отказ устройств противоаварийной автоматики), отказа выключателей или защит при КЗ, несинхронного включении связей (например, несинхронного АПВ). При этом нарушается синхронизм отдельных электростанций по отношению к энергообъединению или между отдельными частями энергообъединения и возникает асинхронный ход.
Кроме перечисленных асинхронных режимов в энергообъединении иногда по другим причинам возникает асинхронный ход отдельного генератора, работающего с возбуждением, и асинхронный ход генератора при потере им возбуждения.
3.3.2 Признаком асинхронного хода отдельных электростанций по отношению к энергообъединению или между отдельными частями энергообъединения являются устойчивые глубокие периодические колебания тока и мощности на электростанциях и по линии связи, определяемые по качанию стрелок амперметров, ваттметров в цепях генераторов, трансформаторов, линий электропередачи. Характерным является возникновение разности частот между частями энергосистем, вышедшими из синхронизма, несмотря на сохранение электрической связи между ними. Одновременно с колебаниями тока и мощности наблюдаются колебания напряжения. Наибольшие колебания напряжения обычно имеют место в точках, близких к центру качаний. Наиболее вероятной точкой центра качаний является середина транзитных линий электропередачи, связывающих вышедшие из синхронизма электростанции или части энергосистемы. По мере удаления от центра качаний колебания напряжения понижаются до малозаметных значений. Однако в зависимости от конфигурации системы и соотношения индуктивных сопротивлений центр качаний может оказаться и на шинах электростанции. На шинах электростанций, находящихся вблизи центра качаний, происходят периодические глубокие колебания напряжения с понижением его ниже аварийно допустимых значений, в том числе на с.н. с возможным отключением ответственных механизмов с.н. и отдельных агрегатов. Для генераторов этих электростанций характерно нарушение синхронизма со сбросом мощности. При нарушении синхронизма и глубоком понижении частоты в дефицитном районе до значения срабатывания АЧР возможна автоматическая синхронизация и прекращение асинхронного режима.
3.3.3 Прекращение асинхронного хода обеспечивается действиями системной противоаварийной автоматики, диспетчерского персонала энергообъединения, оперативного персонала электростанции. При нарушении устойчивости межсистемных транзитных линий связи возникший асинхронный режим нормально должен ликвидироваться АЛАР. Если почему-либо АЛАР отказала и асинхронный режим продолжается, диспетчер дает команду на разделение транзитов, асинхронно работающих энергосистем или узлов в местах установки АЛАР.
При появлении характерных признаков асинхронного хода оперативный персонал электростанций, если не сработала или отсутствует автоматика ликвидации асинхронного хода режима, немедленно принимает меры к восстановлению нормальной частоты, не дожидаясь распоряжения диспетчера энергообъединения. Это может способствовать ресинхронизации.
В частях энергообъединения, где наблюдается глубокое понижение напряжения, частотомеры, особенно вибрационные, могут давать неустойчивые или неправильные показания. В этих случаях персонал руководствуется показаниями тахометров турбин.
3.3.4 Если при достижении нормальной частоты асинхронный ход не прекращается, персонал электростанции, на которой при возникновении аварии частота повысилась, производит ее дальнейшее понижение только по распоряжению диспетчера.
3.3.5 Понижение частоты на электростанциях, где она повысилась, производится непрерывным воздействием на механизм управления турбин как дистанционно, так и вручную в сторону снижения нагрузки до прекращения качания или понижения частоты, но не ниже 48,5 Гц; допускается также (только на время ресинхронизации) снижение нагрузки ограничителем мощности.
3.3.6 Повышение частоты в тех частях энергообъединения, в которых она понизилась, производится путем набора нагрузки на электростанциях, имеющих резерв, с максимально допустимой по инструкциям организации скоростью нагружения турбин до прекращения качаний или достижения нормальной частоты (или нормального числа оборотов по показаниям тахометров).
3.3.7 При асинхронном ходе оперативный персонал электростанции, если это предусмотрено в инструкциях организации, поднимает напряжение до предельно допустимого.
3.3.8 Показателем правильных действий оперативного персонала является уменьшение частоты качаний.
По мере выравнивания частот в энергообъединении период качаний увеличивается, и при разнице частот порядка 1,0 - 0,5 Гц вышедшие из синхронизма электростанции втягиваются в синхронизм.
3.3.9 После прекращения асинхронного хода восстанавливается (с учетом фактической схемы) нормальная нагрузка электростанции.
3.3.10 При появлении качаний токов, мощности и напряжения персонал электростанции может отличить синхронные качания от асинхронного режима. При синхронных качаниях по линиям связи мощность, как правило, не меняет своего знака и сохраняет свое среднее значение за период, поэтому при синхронных качаниях не бывает устойчивой разности частот в соответствующих частях энергосистемы. Синхронные качания токов и напряжений на генераторах обычно происходят около среднего значения, близкого к нормальному (до появления качаний) значению. Чаще всего они носят затухающий характер. Для ускорения прекращения синхронных качаний генераторов производится разгрузка их по активной мощности и повышается реактивная мощность без перегрузки транзитных связей. При синхронных качаниях по межсистемным связям повышается напряжение на электростанциях приемной части системы (уменьшение перетока за счет использования резерва или отключения потребителей).
3.3.11 Асинхронный ход одного генератора при потере возбуждения ввиду неисправности либо ошибок персонала имеет свои особенности. При потере возбуждения генератор может быть оставлен в работе и нести активную нагрузку. Оставление генератора в работе в этом случае либо его отключение защитой от потери возбуждения определяется местными условиями работы генератора в сети и возможностями быстрой его разгрузки.
На каждой электростанции составляется перечень генераторов, допускающих работу без возбуждения, с указанием допустимой активной мощности и длительности работы без возбуждения.
Внешними признаками потери возбуждения на генераторах являются:
Потребление генератором из электросети большой реактивной мощности, значение которой зависит от напряжения в энергосистеме и активной мощности генератора;
Понижение напряжения на шинах электростанции;
Частичный сброс активной мощности и ее качания;
Ускорение ротора и его вращение с опережающим скольжением. Ток ротора при этом исчезает или в роторе появляется переменный ток с частотой скольжения.
Персонал электростанции в случае, когда генератор не отключается при потере возбуждения, одновременно с принятием мер к восстановлению возбуждения или переводу его на резервный возбудитель проводит следующие мероприятия:
Снижает активную мощность генератора до 40 % (целесообразно применять автоматическую разгрузку при работе защиты от потери возбуждения с помощью приставки в составе ЭЧСР, либо приставку и механизм управления турбин с высокой скоростью);
Обеспечивает повышение напряжения за счет увеличения реактивной мощности других работающих генераторов;
При питании с.н. отпайкой от блока генератор-трансформатор обеспечивает нормальное напряжение на его шинах переводом питания с помощью устройства АВР на резервный трансформатор или использованием регулирования напряжения на трансформаторах с.н.
Если в течение времени, указанного в инструкциях организации, восстановить возбуждение не удается, генератор разгружается и отключается от сети.
3.3.12 При выходе из синхронизма одного генератора с возбуждением НСС, если не произошло автоматического отключения, немедленно отключает его от сети с одновременным отключением АГП. Выход генератора из синхронизма может быть вызван неправильными действиями оперативного персонала (например, резким уменьшением тока ротора при работе генератора с резервным электромашинным возбудителем) либо повреждением в АРВ и в результате его неправильным функционированием при КЗ и других режимах.
Выход генератора из синхронизма сопровождается изменением значений (качаниями) токов, напряжения, активной и реактивной мощности. Из-за неравномерного ускорения цт изменяющегося магнитного поля вышедший из синхронизма генератор издает гул. Частота электрического тока в сети остается практически неизменной.
Оперативный персонал электростанции после отключения генератора, вышедшего из синхронизма, докладывает об этом диспетчеру, регулирует режим работы электростанции, определяет и устраняет причину нарушения синхронизма. При исправном состоянии оборудования (отсутствии повреждения генератора и других силовых элементов) и устройств автоматики турбогенератор синхронизируется, включается в сеть, производится подъем нагрузки.
При появлении качаний токов, мощности и напряжения на всех генераторах электростанции и резком изменении частоты (повышении, понижении) оперативный персонал действует согласно требованиям пп. 3.3.2 -3.3.9.
Разделение энергосистемы
3.4.1 Разделение энергообъединения на части и исчезновение напряжения в отдельных его частях может произойти вследствие:
Глубокого понижения частоты и напряжения;
Отключения транзитных линий электропередачи из-за перегрузки;
Неправильной работы защит или неправильных действий оперативного персонала;
Отказа в работе выключателей;
Асинхронного хода и действия делительных защит.
3.4.2 При разделении энергообъединения в одних его частях возникает дефицит, а в других - избыток активной и реактивной мощности и, как следствие, повышение или понижение частоты и напряжения.
3.4.3 Оперативный персонал электростанций при возникновении указанных режимов:
Сообщает диспетчеру энергообъединения о происшедших отключениях на электростанции, отклонениях частоты и напряжения и наличии перегрузок транзитных линий электропередачи;
Принимает меры к восстановлению напряжения и частоты на шинах электростанций в разделившихся частях системы согласно указаниям пп. 3.3.5, 3.3.6. При невозможности повысить частоту в дефицитной по мощности отделившейся системе повышение частоты (после принятия всех мер) выполняется отключением потребителей по согласованию с диспетчером;
Снимает перегрузки с транзитных линий электропередачи при угрозе нарушения статической устойчивости;
Обеспечивает надежную работу механизмов с.н. вплоть до выделения их на несинхронное питание при понижении частоты до установленных для данной электростанции пределов;
Синхронизирует отделившиеся во время аварии генераторы при наличии напряжения от энергообъединения (или при появлении его после исчезновения).
При отсутствии напряжения на шинах отключенные генераторы (не входящие в схему выделения с.н.) удерживаются на холостом ходу или в состоянии готовности к быстрому развороту и обратному включению в сеть с набором нагрузки.
По требованию диспетчера отделяются от части энергообъединения отдельные генераторы или целиком электростанция, ее синхронизируют с дефицитной частью энергообъединения.
3.4.4 При появлении напряжения на шинах электростанции, выделенной для работы на сбалансированный район электросети или на с.н., оперативный персонал включает на параллельную работу генераторы, работающие на холостом ходу. Включение может выполняться с помощью самосинхронизации, если такой способ включения им разрешен и если с.н. этих генераторов получают питание от схемы выделения. Пониженные значения напряжения и частоты не являются причиной отказа от применения метода самосинхронизации.
Оперативный персонал электростанций, напряжение на которых было полностью потеряно, при появлении напряжения немедленно принимает меры к развороту механизмов с.н. и генераторов и к их включению в сеть.
3.4.5 Разворот оборудования электростанции производится по заранее разработанной схеме с питанием от генераторов, электростанций, работающих с выделенными с.н. После разворота генераторов осуществляется их синхронизация с генераторами резервного источника, от которого подавалось напряжение.
Понижение напряжения
3.5.1 Автоматические регуляторы систем возбуждения генераторов обеспечивают подержание напряжения на шинах электростанций со статизмом 3-5 % при изменении реактивной мощности генератора на номинальную (Q ном)- При понижении напряжения в контрольных точках АРВ генераторов, стремясь поддержать неизменным напряжение на шинах станции, увеличивают выдачу реактивной мощности. По указанию диспетчера выдача Q может меняться персоналом станции по отношению к диспетчерскому графику воздействием на уставку АРВ. Однако при понижении напряжения в заданной контрольной точке или у энергообъектов системы ниже определенного значения это напряжение будет поддерживаться за счет использования перегрузочной способности генераторов. При этом через определенное время, в соответствии с перегрузочными характеристиками генератора, автоматика уменьшит ток ротора до номинального значения, что может привести к более глубокому понижению напряжения и возможному распаду энергосистемы. В случае отказа ограничения автоматика отключит генератор защитой от перегрузки. В течении этого времени после совместного с диспетчером выяснения причин понижения напряжения диспетчер принимает меры к повышению напряжения в энергосистеме (увеличение загрузки СК, включение батарей статических конденсаторов, отключение шунтирующих реакторов, изменение коэффициентов трансформации трансформаторов, оснащенных РПН, снижению перетоков мощности по линиям). Если использование резервов реактивной мощности оказывается недостаточным, увеличение загрузки по реактивной мощности в энергосистемах с пониженным напряжением может быть получено при разгрузке турбогенераторов по активной мощности. В дефицитной системе это не рекомендуется из-за возможных увеличений допустимых перетоков по линии связи. Однако если понижение напряжения станет ниже необходимого для работы с.н. электростанции, то разгрузка по активной мощности вместе с отключением части потребителей станет необходимой.
При изменении
частоты питающей сети и U сети =U 1 =const,
меняется
ω 0 =и
критический момент, так как он зависит
от частоты обратно пропорционально её
квадрату. Изменяется и магнитный поток,
при чём он уменьшается с ростом частоты
и увеличивается при её уменьшении. Это
видно из уравнения равновесия ЭДС для
одной фазы статора:
. Пренебрегая падением напряжения в
цепи статора, можно написать для
абсолютных значений ЭДС и напряжения
приU 1 =const.
О
тсюда
видно, что при росте
f
1
поток
уменьшается, а при уменьшении f
1
он растет.
Этим объясняется и изменение критического
момента двигателя и его перегрузочной
способности.
У
величение
потока ведет к насыщению магнитной цепи
машины, увеличению намагничивающего
тока, следствием чего является ухудшение
энергетических показателей двигателя.
Уменьшение потока при постоянном моменте
нагрузки приведет к увеличению тока
ротора, что видно из выражения,
и потребляемого из сети тока, следовательно,
к перегрузке обмоток двигателя при
недоиспользованной стали. В обоих
случаях изменяется перегрузочная
способность двигателя. Поэтому для
наилучшего использования двигателя
желательно всегда поток иметь постоянным.
Для этого при изменении частоты необходимо
изменять и величину подводимого
напряжения, причем не только в функции
частоты, но и в функции нагрузки. В
простейшем же случае при изменении
напряжения в той же степени, что и
частоты, т.е. при
,
механические характеристики будут
выглядеть так, как изображено на рисунке. Видно, что при
изменении напряжения только в функции
частоты по закону
при частотах, меньших 0,5f 1Н
перегрузочная способность двигателя
будет уменьшаться.Это объясняется
влиянием падения напряжения на активном
сопротивлении обмотки статора, которое
приводит к уменьшению напряжения на
намагничивающем контуре обмотки статора,
к уменьшению магнитного потока и
следовательно, к уменьшению критического
момента двигателя.
Тормозные режимы асинхронного двигателя.
АД может работать во всех трех тормозных режимах:
а) с рекуперацией энергии в сеть;
б) противовключение;
в) динамическое торможение.
а) Торможение с рекуперацией энергии в сеть.
При отсутствии внешнего статического момента на валу двигатель, подключенный к сети будет вращаться со скоростью, близкой к синхронной. При этом из сети потребляется энергия, необходимая для покрытия потерь. Если за счет внешней силы ротор вращается с синхронной скоростью, то сеть будет покрывать только потери в статоре, а потери в роторе (механические и в стали) будут покрываться внешней силой.
В двигательном режиме, когда вращающееся магнитное поле пересекает проводники обмоток статора и ротора в одинаковом направлении, ЭДС статора Е 1 и ротора Е 2 совпадают по фазе. При = 0 ЭДС в роторе не наводится, т.е. равна 0. При > 0 проводники обмотки статора пересекаются вращающимся полем в прежнем направлении, а проводники ротора – в противоположном.
ЭДС ротора Е 2 меняет свой знак на обратный; машина переходит в генераторный режим с рекуперацией энергии. Что касается тока, то изменяет свое направление только его активная составляющая. Реактивная составляющая при отрицательном скольжении сохраняет свое направление. Это видно и из выражения для тока ротора (при S<0 S 2 >0).
Такие же выводы
можно сделать и на основе анализа
активной (электромагнитной) и реактивной
мощностей. Действительно, из выражения
для Р ЭМ
следует, что при S<0
P ЭМ >0
Т.е.
активная мощность меняет направление
(передается в сеть), а из выражения для
Q 2
следует, что при S<0
реактивная мощность вторичного контура
Q 2
сохраняет свой знак независимо от режима
работы машины.
Это значит, что асинхронная машина как в двигательном, так и в генераторном режиме потребляет реактивную мощность, необходимую для создания магнитного поля.
Т
орможение
с отдачей энергии в сеть используется
в подъемно-транспортных установках,
при спуске тяжелых грузов. Под действием
груза ротор машины будет вращаться со
скоростью> 0 ,
машина переходит в генераторный режим
и начинает создавать тормозной момент.
При равенстве
M=M c
груз будет опускаться с установившейся
скоростью
c ,
как показано на рисунке. Необходимо
иметь в виду, что для обеспечения
нормального спуска груза M c
не должен
превышать критический момент в
генераторном режиме. При реактивном
моменте сопротивления кратковременно
режим с рекуперацией энергии в сеть
можно получить, если АД допускает
переключение обмотки статора с одной
пары полюсов на другую, как показано на
приведенном графике.
Режим с рекуперацией имеет место на участке ВС после переключения обмотки статора с числа пар полюсов П =1 на П =2 .
б) торможение противовключением.
В режиме
противовключения ротор двигателя
вращается в направлении, противоположном
действию момента двигателя. Его скольжение
S>1,
а частота тока в роторе больше частоты
питающей сети (
).
Поэтому несмотря на то, что ток ротора
больше номинального в 7 –9 раз, т.е. больше
пускового тока, момент в следствие
большой частоты тока, следовательно
большого индуктивного сопротивления
роторной цепи (
),
будет невелик. Поэтому для увеличения
момента и одновременного уменьшения
тока в цепь ротора включают большое
добавочное сопротивление, величину
которого можно подсчитать по выражению
Где Е 20 - номинальная ЭДС ротора при S=1
S н – номинальное скольжение
S н и – скольжение при номинальной нагрузке на искусственной характеристике.
П
ри
спуске груза в режиме противовключения
торможение протекает на прямолинейном
участке механической характеристики,
жесткость которой определяется активным
сопротивлением в цепи ротора. Механическая
характеристика АД при тормозном спуске
груза в режиме противовключения
изображена на рисунке. Для торможения
противовключением при реактивном
моменте сопротивления необходимо на
ходу двигателя изменить порядок
следования фаз питающего напряжения и
одновременно ввести в цепь ротора
добавочное сопротивление с целью
ограничения первоначального броска
тока и одновременного увеличения
тормозного момента. Механическая
характеристика в этом случае выглядит
так, как показано на рисунке.
Торможение противовключением КЗАД
при
реактивном моменте сопротивления не
эффективно, так как начальный тормозной
момент при скольжении, близком к 2, из-за
большого реактивного сопротивления,
равного
,
будет незначительным (см. рис. отрезок
).
в) динамическое торможение с независимым возбуждением постоянным током
При отключении обмотки статора АД от сети, сохраняется лишь незначительный магнитный поток от остаточного намагничивания стали статора. ЭДС наводимая во вращающемся роторе и ток в роторе будут весьма малыми. Взаимодействие тока ротора с потоком от остаточного намагничивания не может создать сколько-нибудь значительного электромагнитного момента. Поэтому для получения должного тормозного момента необходимо искусственно создать надлежащий магнитный поток статора. Это может быть достигнуто подачей в обмотки статора постоянного тока или подключением к ним конденсаторов или тиристорного преобразователя частоты, обеспечивающего протекание по обмоткам статора емкостного тока, т.е. опережающего тока, создающего эффект емкости. В 1-м случае будет иметь место режим динамического торможения с независимым возбуждением, во 2-м – с самовозбуждением.
При динамическом торможении с независимым возбуждением обмотки статора отключаются от сети трехфазного тока и подключаются к источнику постоянного тока. Этот ток создает неподвижный в пространстве магнитный поток, который при вращении ротора наведет в последнем ЭДС. Под действием ЭДС в обмотках ротора потечет ток, от взаимодействия которого с неподвижным потоком возникает тормозной момент. Двигатель превращается в синхронный генератор с неявновыраженными полюсами, работающий при переменной скорости.
Симметричное включение 3-х обмоток статора в сеть постоянного тока невозможно без их переключений. Обычно используется одна из схем, приведенных на рис.
Поскольку при питании постоянным током обмотки обладают только омическим сопротивлением, для получения нужного значения тока достаточно небольшого по величине напряжения. В качестве источника постоянного тока для двигателей небольшой и средней мощности используются полупроводниковые выпрямители, а для крупных двигателей могут использоваться специальные генераторы постоянного тока низкого напряжения.
Д
ля
вывода уравнения механической
характеристики АД в режиме динамического
торможения режим синхронного генератора,
в который превращается АД после
подключения к источнику постоянного
тока, целесообразно заменить эквивалентным
режимом АД, полагая, что его статор
вместо постоянного питается переменным
током. При такой замене МДС создается
совместно обмотками статора и ротора
и должно быть соблюдено равенство МДС
для обоих случаев, т.е.F ПОСТ =F ПЕР. Определение МДС,
создаваемой постоянным током I ПОСТ
для схемы “а”,
поясняет рис. и векторная диаграмма,
изображенные рядом.
Амплитуда МДС, создаваемой переменным
током I 1
при протекании его по обмоткам статора:
.
Исходя из условия
.
Отсюда значение переменного тока,
эквивалентного постоянному:
, а
.
Необходимые напряжения и мощность
постоянного тока
:
.
О
пределив
токI 1 ,
машину в тормозном режиме можно
представить как нормальный АД. Однако,
работа АМ в режиме динамического
торможения существенно отличается от
работы в нормальном двигательном режиме.
В двигательном режиме намагничивающий
ток и магнитный поток при изменении
скольжения практически не изменяются.
При динамическом торможении магнитный
поток при изменении скольжения меняется
вследствие непрерывного изменения
результирующей МДС, складывающейся из
неизменной МДС статора (постоянного
тока) и меняющейся МДС ротора (переменного
тока переменной частоты).
Результирующий
намагничивающий ток, приведенный к
числу витков обмотки статора
.
Из векторной диаграммы токов следует:
Возведя
в квадрат Эти выражения и почленно
складывая, получим:
.Намагничивающий
ток равен
.
В
приведенной машине
,
гдеE 2 ’
– ЭДС ротора при синхронной скорости
0 ,
соответствующей частоте сети. При
отличной от 0 ,
ЭДС ротора будет равна:
,
где
- относительная скорость или иначе –
скольжение в режиме динамического
торможения. При этом уравнение равновесия
ЭДС для роторной цепи имеет вид:
,
а намагничивающий ток, выраженный черезE 2 ’:
.
Полное
сопротивление ротора с учетом того, что
его индуктивное сопротивление изменяется
с изменением скорости вращения ротора:
.
Учитывая,
что
и подставляя значенияI ,
sin 2
и Z 2 ’
в уравнение для I 1 2 ,
из полученного соотношения находится
ток I 2 ’,
который будет равен:
.
Электромагнитный
момент, развиваемый двигателем, выраженный
через электромагнитную мощность:
,
гдеm 1
– число фаз обмотки статора.
Из выражения для М видно, что момент при динамическом торможении определяется переменным током I 1 , эквивалентным постоянному, протекающему по обмоткам статора.
Взяв
производную
и приравняв ее к 0, найдем, что момент
будет максимален при относительной
скорости:
,
а значение этого момента, также называемого
критическим, равно:
.
М
еханические
характеристики при различном значении
постоянного тока и различном сопротивлении
роторной цепи изображены на рисунке.
Кривые 1 и 2 соответствуют одинаковому
значению сопротивления цепи ротора и
различным значениям постоянного тока
в статоре, а кривые 3 и4 – тем же значениям
постоянного тока, но большему сопротивлению
цепи ротора.
Из выражения для М К следует, что критический момент двигателя в режиме динамического торможения не зависит от активного сопротивления цепи ротора.
Разделив
значение М на значение М К,
уравнению механической характеристики
можно придать вид:
.
