Читайте также:
|
· Отклонение напряжения и частоты и их последствия на вращающиеся электрические машины?
Отклонение частоты. Причиной возникновения ненормированных значений частоты является изменение баланса активной мощности в энергосистеме. Наиболее чувствительными к отклонениям частоты являются вращающиеся электрические машины. Одновременно при снижении частоты снижается сопротивление асинхронного электродвигателя, возрастает потребляемый ток, наблюдается ускоренный износ изоляции при повышенной температуре, то есть возникает электротехнический ущерб. При снижении частоты возрастает и потребляемая реактивная мощность, что приводит к увеличению потерь в линиях электропередачи и трансформаторах. Отклонение напряжения относятся к категории наиболее часто нарушаемых показателей и чаще всего рассматриваются при оценке качества электроэнергии. Изменение напряжения оказывает значительное влияние на работу асинхронных короткозамкнутых электродвигателей, широко распространенных в промышленности и в сельском хозяйстве. При снижении напряжения уменьшается вращающий момент электродвигателя пропорционально квадрату напряжения, а также пусковой момент, увеличивается ток и нагрев электродвигателя, что приводит к ускоренному износу изоляции и уменьшению срока службы электропривода в целом. При значительном снижении напряжения из-за уменьшения вращающего момента может произойти полная остановка («опрокидывание») нагруженного электродвигателя и нарушение технологического процесса. Если двигатель не отключить от сети, то он будет поврежден.
· Алгоритмы расчета потерь активной мощности в АД?
Преобразование электрической энергии в механическую в асинхронном двигателе, как и в других электрических машинах, связано с потерями энергии, поэтому полезная мощность на выходе двигателя Р2 всегда меньше мощности на входе (потребляемой мощности) Р1 на величину потерь∑Р:
Р2 = Р1 - ∑Р
Потери ∑ Р преобразуются в теплоту, что в конечном итоге ведет к нагреву машины. Потери в электрических машинах разделяются на основные и добавочные. Основные потери включают в себя магнитные, электрические и механические. Магнитные потери Рм в асинхронном двигателе вызваны потерями на гистерезис и потерями на вихревые токи, происходящими в сердечнике при его перемагничивании. Величина магнитных потерь пропорциональна частоте перемагничивания Рм = f β, где β = 1,3 ÷ 1,5. Частота перемагничивания сердечника статора равна частоте тока в сети (f = f1), а частота перемагничивания сердечника ротора f = f2 =f1s. При частоте тока в сети f 1 = 50 Гц при номинальном скольжении sном = 1 ÷ 8 % частота перемагничивания ротора f = f2 = 2 ÷ 4 Гц, поэтому магнитные потери в сердечнике ротора настолько малы, что их в практических расчетах не учитывают. Электрические потери в асинхронном двигателе вызваны нагревом обмоток статора и ротора проходящими по ним токами. Величина этих потерь пропорциональна квадрату тока в обмотке (Вт): электрические потери в обмотке статора Рэ1 = m1 I21 r1электрические потери в обмотке ротора Рэ2 = m2 I2 2 r2 = m1 I′21 r′1
Здесь r1 и r2 — активные сопротивления обмоток фаз статора и ротора пересчитанные на рабочую температуру Θраб:
r1 = r1.20 [1 + α (Θраб - 20)]; r2 = r2.20 [1 + α (Θра6 - 20)]
где r1.20 и r2.20 — активные сопротивления обмоток при температуре Θ1 = 20 °С; α — для меди и алюминия α = 0,004.
Электрические потери в роторе прямо пропорциональны скольжению Рэ2 = s Рэмгде Рэм — электромагнитная мощность асинхронного двигателя, Вт:
Рэм = Р1 = (Рм + Рэ1)
Из этого следует, что работа асинхронного двигателя экономичнее при малых скольжениях, так как с ростом скольжения растут электрические потери в роторе. В асинхронных двигателях с фазным ротором помимо перечисленных электрических потерь имеют место еще и электрические потери в щеточном контакте Рэ.щ = 3 I2 ΔUщ/2, где Uщ=2,2В переходное падение напряжения на пару щеток. Механические потери Рмех — это потери на трение в подшипниках и на вентиляцию. Величина этих потерь пропорциональна квадрату частоты вращения ротора (Рмех = n22). В асинхронных двигателях с фазным ротором механические потери происходят еще и за счет трения между щетками и контактными кольцами ротора. Добавочные потери включают в себя все виды трудноучитываемых потерь, вызванных действием высших гармоник МДС, пульсацией магнитной индукции в зубцах и другими причинами. Добавочные потери асинхронных двигателей принимают равными 0,5% от подводимой к двигателю мощности Р1:
Рдо6 = 0,005 Р1
При расчете добавочных потерь для неноминального режима следует пользоваться выражением
Р′доб = Рдоб β2
где β = I1/ I1ном — коэффициент нагрузки.
Сумма всех потерь асинхронного двигателя (Вт)
∑ P = Рэм + Рэ1 + Рэ2 + Рмех + Рдоб
часть подводимой к двигателю мощности Р1 = m1 U1 I1 cos φ1 затрачивается в статоре на магнитные Ры и электрические Рэ1 потери. Оставшаяся после этого электромагнитная мощность Рэм передается на ротор, где частично расходуется на электрические потери Рэ2 и преобразуется в полную механическую мощность Р′2. Часть мощности идет на покрытие механических Рмех и добавочных потерь Рдоб, а оставшаяся часть этой мощности Р2 составляет полезную мощность двигателя.
У асинхронного двигателя КПД
η = Р2/ Р1 =1 - ∑P
Электрические потери в обмотках РЭ1 и РЭ2 являются переменными потерями, так как их величиназависит от нагрузки двигателя, т. е. от значений токов в обмотках статора и ротора. Переменными являются также и добавочные потери. Что же касается магнитных Рм и механических Рмех, то они практически не зависят от нагрузки (исключение составляют двигатели, у которых с изменением нагрузки в широком диапазоне меняется частота вращения). Коэффициент полезного действия асинхронного двигателя с изменениями нагрузки также меняет свою величину: в режиме холостого хода КПД равен нулю, а затем с ростом нагрузки он увеличивается, достигая максимума при нагрузке (0,7 ÷ 0,8)Рном. При дальнейшем увеличении нагрузки КПД незначительно снижается, а при перегрузке (P2 > Рном) он резко убывает, что объясняется интенсивным ростом переменных потерь (Рэ1 + Рэ2 + Рдоб), величина которых пропорциональна квадрату тока статора, и уменьшением коэффициента мощности. КПД трехфазных асинхронных двигателей общего назначения при номинальной нагрузке составляет: для двигателей мощностью от 1 до 10 кВт ηном = 75 ÷ 88%, для двигателей мощностью более 10 кВт ηном =90 ÷ 94%.
· Влияние гармоник на вращающиеся машины?
Гармоники напряжения и тока приводят к дополнительным потерям в обмотках статора, в цепях ротора, а также в стали статора и ротора. Потери в проводниках статора и ротора из-за вихревых токов и поверхностного эффекта при этом больше, чем определяемые омическим сопротивлением.
Токи утечки, вызываемые гармониками в торцевых зонах статора и ротора, приводят к дополнительным потерям.
В индукционном двигателе с ротором со скошенными пазами и пульсирующими магнитными потоками в статоре и роторе высшие гармоники вызывают дополнительные потери в стали. Величина этих потерь зависит от угла скоса пазов и характеристик магнитопровода.
Среднее распределение потерь от высших гармоник характеризуется следующими данными; обмотки статора 14 %; цепи ротора 41 %; торцевые зоны 19 %; асимметричные пульсации 26 %.
За исключением потерь на асимметричные пульсации их распределение в синхронных машинах приблизительно аналогично.
Следует отметить, что соседние нечетные гармоники в статоре синхронной машины вызывают в роторе гармонику одинаковой частоты. Например, 5- и 7-я гармоники в статоре вызывают в роторе гармоники тока 6-го порядка, вращающиеся в разные стороны. Для линейных систем средняя плотность потерь на поверхности ротора пропорциональна величине, однако из-за разного направления вращения плотность потерь в некоторых точках пропорциональна величине (I5 + I7)2.
Дополнительные потери - одно из самых отрицательных явлений, вызываемое гармониками во вращающихся машинах. Они приводят к повышению общей температуры машины и к местным перегревам, наиболее вероятным в роторе. Двигатели с ротором типа "беличья клетка" допускают более высокие потери и температуру, чем двигатели с фазным ротором. Некоторые руководства ограничивают допустимый уровень тока обратной последовательности в генераторе 10 %, а уровень напряжения обратной последовательности на вводах индукционных двигателей 2 %. Допустимость гармоник в этом случае определяют по тому, какие уровни напряжений и токов обратной последовательности они создают.
Моменты вращения, создаваемые гармониками. Гармоники тока в статоре вызывают соответствующие моменты вращения: гармоники, образующие прямую последовательность в направлении вращения ротора, а образующие обратную последовательность – в обратном направлении.
Токи гармоник в статоре машины вызывают движущую силу, приводящую к появлению на валу вращающих моментов в направлении вращения магнитного поля гармоники. Обычно они очень малы и к тому же частично компенсируются из-за противоположного направления. Несмотря на это, они могут привести к вибрации вала двигателя.
Влияние гармоник на статическое оборудование, линии электропередачи. Гармоники тока в линиях приводят к дополнительным потерям электроэнергии и напряжения.
В кабельных линиях гармоники напряжения увеличивают воздействие на диэлектрик пропорционально увеличению максимального значения амплитуды. Это, в свою очередь, увеличивает число повреждений кабеля и стоимость ремонтов.
В линиях сверхвысокого напряжения гармоники напряжения по той же причине могут вызывать увеличение потерь на корону.
Дата добавления: 2015-09-11; просмотров: 34 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |