Что такое линейная нагрузка асинхронного двигателя

Узлы нагрузки. Асинхронный двигатель как основной элемент нагрузки

Страницы работы

Содержание работы

Лекция 17, 18

Узлы нагрузки. Асинхронный двигатель как основной элемент нагрузки.

Узлы нагрузки-точки энергосистемы (шины подстанций, линий), к которым подключены большие группы потребителей электрической энергии (электродвигатели, осветительные установки, печи и т.д.). Состав узла нагрузки зависит от расположения узла нагрузки.

Обычно более 50 % нагрузки составляют асинхронные двигатели , 10% синхронные двигатели, осветительная нагрузка, синхронные компенсаторы и т.д.

Необходимо отметить, что процессы в нагрузках можно рассматривать с двух сторон:

1. поведение нагрузки в зависимости от возникших возмущений.

2. влияние процессов в нагрузке на режим работы системы, где находится эта нагрузка.

Различают статические и динамические характеристики нагрузки.

Статическая характеристика- зависимость P, Q, M, I от напряжения или частоты при таких медленных возмущениях, что каждую точку характеристики можно считать точкой установившегося режима P= f(U), M=f(f)

Статические характеристики представляют семейство кривых на плоскости.

Динамические характеристики — зависимость P, Q, M, I от напряжения или частоты с учетом скорости изменения возмущения P= f(U, dU/dt), M=f(f, df/dt)

Динамические характеристики представляют поверхность в трехмерном пространстве.

Характеристики отдельных видов потребителей:

1. Осветительная нагрузка.

§ в виде ламп накаливания

Реактивная мощность может быть принята равной нулю. Активная мощность пропорциональна напряжения в 1,6 степени. Активная мощность не зависит от частоты Р=f(f)=const

§ в виде люминесцентных ламп

Активная мощность не зависит от величины напряжения и уменьшается при уменьшении частоты( на 0,5%-0,8% при уменьшении частоты на 1%).

2. Синхронная нагрузка – синхронные двигатели (СД).

Активная мощность синхронного двигателя:

Реактивная мощность может быть найдена из векторной диаграммы.

— отдает реактивную мощность

— потребляет реактивную мощность

3. Асинхронная нагрузка – асинхронные двигатели.

Х₁, Х₂ -сопротивление рассеяния статора и ротора

Хm — сопротивление ветви намагничивания

-эквивалентное активное сопротивление цепи ротора, характеризующее потребление активной мощности

(*)

Характеристика потребляемой мощности или вращающего момента асинхронного двигателя от скольжения для номинального и пониженного значений напряжений.

Предполагая тормозной момент ( момент сопротивления преодолеваемый двигателем) постоянным М_мех=const, можно установить, что уменьшение напряжения на выводах двигателя должно сопровождаться увеличением скольжения двигателя до такого значения, чтобы вращающий момент вновь уравновесить тормозной момент.

Также при данной механической нагрузке Р_мех у каждого двигателя есть определенный критический режим, напряжение U_кр и S_кр, при которых этот режим наступает называется критическим. Максимальный момент, который может развивать двигатель в критическом режиме, равен механическому моменту рабочей машины. При дальнейшем понижении напряжения работа невозможна, поскольку электрический момент оказывается меньше механического.

Как видно из схемы замещения реактивная мощность имеет две составляющие Q=Q_s +Q_m

Q_s –реактивная мощность, идущая на создание полей рассеивания статора и ротора;

Q_m -реактивная мощность, идущая на создание намагничивающего потока.

Причем так как , а при постоянном механическом моменте при w₀=1

Зависимость будет иметь такой же вид, что и

Двигатели работают устойчиво, если Q_s находится на нижней ветви характеристики.

Электролаборатория

• Электролаборатория испытания
• Услуги электролаборатории
• Отчёт электролаборатории
• Протокол электролаборатории
• Блог

Перекос фаз. Какие нормы на перекос фаз.

Перекос фаз явление в электротехнике встречающееся довольно часто. Практики хорошо знакомы с ним и знают его последствия. А вот причина негативных его проявлений далеко не всем понятна.

Кабельная линия, проверка на перекос фаз

Сначала давайте определимся в терминах. Речь идет о разнице напряжений, между фазами в трехфазной сети или фазными и нулевым проводником в той же трехфазной цепи. Под перекосом мы будем понимать различие этих напряжений.

Напомним, что любая трехфазная цепь может быть выполнена с «глухо заземлённой нейтралью» либо с «изолированной нейтралью». Первая имеет три фазных проводника и, так называемый, нулевой провод. Вторая только три фазных проводника. Соответственно, потребители в первой цепи могут быть соединены как в треугольник, так и на звезду. Во второй только в треугольник. В сети 380/220 В с глухо заземлённой нейтралью потребители, в подавляющем большинстве случаев, подключены по схеме «звезда». Это относится как к асинхронным двигателям, так и к «осветительным нагрузкам». О таких случаях мы будем вести речь в дальнейшем. Сделаем одно замечание. Сопротивление питающих линий является конечным, носит омический характер и должно учитываться при расчете трехфазной цепи.

Так называемый перекос фаз, является отклонением от нормальной разницы между мгновенными значениями линейных напряжений, либо результатом изменения фазового угла между линейными напряжениями. Последний случай можно исключить из рассмотрения, так как он встречается крайне редко.

Когда мы определились с терминами можно перейти к рассмотрению вопроса по существу. И тут становиться всё просто. Предположим, что все нагрузки у нас осветительные. Под этим термином понимают активные нагрузки, например в виде ламп накаливания. Ещё, предположим, что к одной из фаз подключено лампочек значительно больше чем к остальным. Токи, протекающие через них, по законам Кирхгофа будут протекать не только через нулевой проводник но, и через других потребителей. В результате падение напряжения на потребителях других фаз неизбежно вырастет. Это и вызывает перекос фаз.

Щит электрический, питающий кабель, проверка на перекос фаз

Все это можно объяснить и через напряжения. Большой ток одной из фаз создает небольшое, но вполне реальное падение напряжения в нулевом проводе. Это напряжение сдвинуто на угол 120 о относительно других фаз. Поэтому напряжение, приложенное к их нагрузкам, является суммой фазного напряжения и напряжения на нулевом проводе.

Крайним случаем перекоса фаз является однофазное замыкание на «землю». В этом случае токи короткого замыкания будут протекать и через потребителей, питающихся от двух других фаз что, неизбежно, вызовет перенапряжение в них.

Ещё одним из случаев того же порядка является обрыв нулевого провода. При этом также нарушается баланс токов в нагрузках. Напряжения в сети могут изменяться крайне непредсказуемо, в зависимости от величины нагрузки на каждую из фаз. Практики знают, что напряжения в бытовых розетках, в этих условиях могут достигать даже линейных значений. Ещё перекос фаз возникает при обрыве одного из фазных проводников. Такой режим называется неполнофазным.

В любом случае перекос фаз ведёт к экономическим потерям, связанным с протеканием токов в нулевом проводнике. В теоретических основах электротехники (ТОЭ) для таких расчётов вводят понятия токов прямой, обратной и нулевой последовательностей.

Ещё раз. Существенное увеличение тока одной из фаз трехфазной сети, потребители которой соединены в звезду, незамедлительно ведёт за собой увеличение напряжения на нагрузках других фазных проводов. При этом напряжение перегруженной фазы относительно нулевого провода понижается. Чем это чревато? У ламп накаливания значительно сокращается срок службы либо светоотдача, у асинхронных двигателей, подключенных к такой сети, ухудшается КПД. В конце концов, повышенное напряжение может вывести из строя электронные приборы.

Ещё одно негативное явление это появление гармоник высших порядков при питании различных электрических машин от несбалансированной сети. Речь идет о двигателях, трансформаторах и генераторах. Это связанно с процессами, протекающими в их магнитопроводах. Гармоники высших порядков часто вызывают сбои в работе электронного оборудования. Поэтому при проектировании электрических сетей необходимо равномерно распределять нагрузки по фазам. Своды правил по проектированию считают предельным разброс нагрузок в 30% в распределительных щитках, а для вводных распредустройств 15%.

Какие требования предъявляются к перекосу фаз нормативными документами? Основным документом, определяющим качество электроэнергии, является ГОСТ 13109-97. Его требования выражаются в терминах нулевых и обратных последовательностей. Не уверены, что стоит грузить читателя столь сложными материями.

Конечно, выявить перекос фаз не сложно с помощью простейших приборов не прибегая к посторонней помощи. Но провести анализ причин перекоса фаз, выработать конкретные рекомендации по его устранению могут только профессиональные специалисты. Наша электролаборатория выполняет любые электротехнические измерения. Мы прошли государственную аккредитацию и имеем соответствующие документы. Мы с радостью поможем решить ваши проблемы.

Синхронные двигатели

5. СИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ

5.1. Энергетическая и векторная диаграммы

синхронного двигателя

При создании тормозного механического момента М2 на валу синхронная машина, включенная в сеть, переходит в двигательный режим (см. параграф 6.2). За счет потребления активной мощности в машине образуется вращающий электромагнитный момент М и двигатель сохраняет постоянную частоту вращения ротора n. Активная составляющая тока якоря Ia, угол нагрузки θ и момент М меняют знак по сравнению с генератoрным режимом.

Преобразование энергии в двигателе можно иллюстрировать энергетической диаграммой (рис. 5.1).

Потребляемая из сети активная электрическая мощность

, (5.1)

где m – число фаз; U и I – фазные напряжение и ток якоря; cosφ – коэффициент мощности.

Часть этой мощности рf расходуется на возбуждение машины статическими системами возбуждения, а также рассеивается в виде электрических потерь рЭ в обмотке якоря и магнитных потерь рМ в магнитопроводе якоря.

Электромагнитная мощность

(5.2)

передается через зазор вращающимся магнитным полем на ротор в виде полной механической мощности РМЕХ = Р. Часть этой мощности компенсирует механические рМЕХ и добавочные рД потери мощности.

Полезная механическая мощность на валу двигателя

. (5.3)

или подставляя выражение (5.2) электромагнитной мощности в формулу (5.3), получим

, (5.4)

где Σр = рf + рЭ + рМ + рМЕХ + рд — полные потери мощности в машине, причина возникновения и место локализации отдельных видов потерь объясняется в пункте 3.6.6.

При бесщеточном или прямом электромашинном возбуждении потери на возбуждение рf показывают в правой части. энергетической диаграммы на стороне полезной механической мощности Р2

Диаграммы напряжений и МДС двигателя можно чертить по уравнениям (3.30)–(3.36), (3.40)–(3.50), соответствующим генераторному режиму. Угол φ между векторами напряжения машины U и тока якоря İ превышает p/2 (рис. 5.4, в), коэффициент мощности сosφ отрицателен, что не всегда удобно. Поэтому коэффициент мощности в двигательном режиме характеризуют углом φ между векторами напряжения сети UC и тока якоря İ.

Уравнения напряжения синхронных двигателей получают, заменив в уравнениях напряжения генератора вектор напряжения машины U равным и противоположно направленным вектором напряжения сети UC = – U. Выполнив такую замену, получим уравнения напряжения ненасыщенных неявнополюсного:

, (5.5)

(5.6)

и явнополюсного двигателей:

. (5.7)

Как и для генератора, уравнение (5.7) можно представить в виде:

, (5.8)

. (5.9)

Уравнения МДС справедливы и для двигателя.

Диаграмма перевозбужденного явнополюсного двигателя без учета насыщения магнитной цепи изображена на рис. 5.2.

Ток якоря İ опережает напряжения сети UС, поэтому говорят, что перевозбужденный двигатель работает с опережающим сosφ. При этом двигатель по отношению к сети подобен емкостной нагрузке и отдает реактивную мощность в сеть.

Ток якоря İ недовозбужденного двигателя отстает от напряжения сети UС и недовозбужденный двигатель работает с отстающим сosφ. Машина подобна индуктивности, включенной в сеть, и потребляет из сети реактивную мощность.

5.2. Угловые, U—образные и рабочие характеристики

синхронных двигателей

Уравнения угловых характеристик активной и реактивной мощностей синхронного генератора справедливы и для двигательного режима при подстановке отрицательного угла нагрузки θ.

Электромагнитные мощность Р и момент М изменяют свой знак, так как в реальной машине изменяется направление активной мощности при переходе из генераторного режима в двигательный.

Зависимости Р, М = f (θ) явнополюснго двигателя при постоянных токе возбуждения I f, напряжении UC и частоте fC сети изображены на рис. 5.3. Значения номинального θН и максимального θm углов нагрузки двигателей такие же, как у генераторов. Двигатель статически устойчив при углах нагрузки θm 0 (рис. 5.9, а). Вследствие этого вместо электромагнитных сил FЭМ притяжения намагниченных областей статора и ротора при недовозбуждении (рис. 5.9, а) возникают силы отталкивания (рис. 5.9, б).

Силы отталкивания FЭМ уравновешены по окружности машины и не создают вращающего момента только при совпадении продольной оси d с осью результирующего потока Фr, то есть при угле θ = 0 (рис. 5.9, б). Малейшее отклонение оси полюсов d от оси потока Фr приводит к изменению направления сил отталкивания (рис. 5.9, в)

Тангенциальная составляющая этих сил при θ ≠ 0 не уравновешена по окружности машины и образует электромагнитный момент, который вызывает дальнейшее изменение угла нагрузки на 180°. Машина возвращается в режим недовозбуждения (рис. 5.9, а) и потребляемая реактивная мощность снижается.

Как и при отсутствии возбуждения (I f = 0) синхронный режим может быть обеспечен только мощностью и моментом явнополюсности. При отрицательном возбуждении (I f

Разбираемся с понятиями активной и реактивной нагрузки

Чтобы правильно рассчитать нагрузку потребителей по мощности необходимо знать: какие бывают приемники напряжения. Что такое активная, реактивная и линейная нагрузка? Треугольник мощностей. Что такое пусковой ток? Все это разберем по порядку.

К приемникам напряжения относятся все устройства, которые подключаются к источникам напряжения. К ним относятся: электровентилятор, электроплита, стиральная машина, компьютер, телевизор, электродвигатель, бытовой электроинструмент и другие электропотребители.

В цепях переменного тока нагрузки разделяются на активные, реактивные и нелинейные. В цепях постоянного тока деления на типы нагрузок нет.

Активная нагрузка

К устройствам с активной нагрузкой причисляются нагревательные приборы (утюги, электроплиты, лампы накаливания, электрические чайники). Подобные приборы вырабатывают тепло и свет. Они не содержат индуктивности и емкости. Активная нагрузка преобразовывает электроэнергию в свет и тепло.

Реактивная нагрузка содержит емкость и индуктивность. Данные параметры имеют качество собирать энергию, а потом отдавать ее в сеть. Примером может служить электродвигатель, электрическая мясорубка, бытовой инструмент (пылесос, кухонный комбайн). То есть, все устройства, которые содержат электродвигатели.

Треугольник мощностей

Чтобы разобраться с реактивной нагрузкой рассмотрим треугольник мощностей.

где Р – активная мощность, которая измеряется в Ватах и используется для совершения полезной работы;

Q – реактивная, которая измеряется в Варах и используется для создания электромагнитного поля;

S – полная мощность используется для расчета электрических цепей.

Для расчета полной мощности применяем теорему Пифагора: S 2 =P 2 +Q 2 . Или с помощью формулы: S=U*I, где U – это показание напряжения на нагрузке, I — показание амперметра, которое включается последовательно с нагрузкой. В расчетах также используется коэффициент мощности – cosφ. На приборах, которые относятся к реактивной нагрузке, обычно указаны активная мощность и cosφ. С помощью этих параметров также можно получить полную мощность.

Иногда на приборах указывается полная мощность, а cosφ не указан. В этом случае применяется коэффициент 0,7.

Нелинейная нагрузка

Имеет особенность в том, что напряжение и ток не пропорциональны. К нелинейной нагрузке относятся телевизоры, музыкальные центры, настольные электронные часы, компьютеры и его компоненты. Сама нелинейность обусловлена тем, что данное электронное устройство использует импульсные блоки питания. Для подзарядки конденсатора, которые стоят в импульсном блоке питания, достаточно вершины синусоиды.

В остальное время энергию из сети конденсатор не потребляет. В этом случае ток имеет импульсное качество. К чему это все приводит? Это приводит к тому, что синусоида искажается. Но не все электронные устройства работают с искаженной синусоидой. Эта проблема решается за счет применения стабилизаторов двойного преобразования, где сетевое питание преобразуется в постоянное. Затем из постоянного преобразуется в переменное нужной формы и амплитуды.

Пусковой ток

При расчете необходимо учитывать и пусковые токи устройства. Например, сопротивление нити накаливания в лампочке в момент включения в 10 раз меньше, чем в рабочем режиме. Следовательно, пусковой ток этой лампочки в 10 раз больше. Через некоторое время она начнет потреблять ту мощность, которая записана в данных этой лампочки. Поэтому, при включении она перегорает за счет больших пусковых токов.

В радиоэлектронной аппаратуре пока не зарядится конденсатор в блоке питания, также образуется пусковой ток.

В электродвигателях тоже образуется пусковой ток, пока двигатель не наберет номинальные обороты.

В нагревательных приборах пусковой ток образуется, пока спираль не нагреется до дежурной температуры.