Электрические двигатели и генераторы

Конспекты
Начертательная
Решение задач
Графика

Асинхронный генератор и его векторная диаграмма

Работу асинхронной машины генератором (при s < 0) мы также можем привести к работе некоторого условного трансформатора.

Обратимся сначала к рис. 3-37, где приведена диаграмма пространственных векторов н.с. обмоток статора и ротора при работе машины генератором.

Рис. 3-37. Пространственная диаграмма н.с. асинхронного генератора ().

Здесь, так же как и для двигателя, принято, что в рассматриваемый момент времени пространственный вектор индукции , вращающийся с угловой частотой ω1 относительно статора, направлен по горизонтали.

На рис 3-37 показаны фазы статора и ротора, в которых наводятся максимальные э.д.с.  и . Их направления найдены с учетом перемещения проводников фаз относительно поля. При ω1 < ω2 проводники фазы ротора перемещаются относительно поля в направлении, обратном перемещению относительно поля проводников фазы статора (рис. 3-38). Поэтому э.д.с. E1м и E2sм имеют взаимно противоположные направления.

Рис. 3-38. К определению направлений э.д.с. статорной и роторной

обмоток при s < 0.

Если бы ток  совпадал по фазе с э.д.с. , то вектор  совпадал бы с осью катушки 1 ротора, имеющей максимальную э.д.с. . Но вследствие наличия в роторной цепи индуктивного сопротивления x2s ток  отстает по фазе относительно  на угол ψ2. Поэтому максимальный ток I2м будет иметь место в катушке 2, где э.д.с. была максимальной ранее на промежуток времени, соответствующий углу ψ2. Следовательно, в действительности (при ψ2 > 0) вектор  будет совпадать с осью катушки 2. При ψ2 > 0 (при отстающем от э.д.с. токе) н.с.  смещается в сторону, противоположную вращению н.с. относительно ротора, но по отношению к статору она смещается в сторону вращения поля.

Намагничивающую силу статора , найдем, исходя из равенства . Отсюда найдем ту фазу статора, ток которой в данный момент времени имеет максимальное значение (рис. 3-37).

Если допустить, что  и x2s = 0, то мы получили бы совпадение по фазе  и ; максимальный ток  был бы в той же катушке, в которой наводится максимальная .э.д.с. . В действительности  > 0 и x2s > 0, поэтому  и  сдвинуты по фазе, но на угол, меньший ( опережает  на угол ψ1 < ); следовательно, мощность  – положительна, так же как для вторичной обмотки трансформатора. Тем самым подтверждается, что при s<0 машина работает генератором.

Асинхронный генератор и его векторная диаграмма

Переходя от вращающейся машины, работающей генератором, к неподвижной машине, работающей трансформатором (рис. 3-34), мы должны иметь н.с. обмоток, равными по амплитуде F2 и F1 и сдвинутыми по фазе (во времени) так же, как они сдвинуты в пространстве при работе машины генератором.

Следовательно, согласно уравнениям (3-98) векторная диаграмма трансформатора, эквивалентного асинхронному генератору, будет иметь вид, представленный на рис. 3-39 (здесь также показаны векторы э.д.с. и падений напряжения цепи вращающегося ротора при s < 0).

Рис. 3-39. Векторная диаграмма асинхронного генератора (приведенного к работе трансформатором).

При работе машины трансформатором с токами  и , показанными на рис. 3-39, мы должны считать роторную обмотку за первичную, а статорную – за вторичную. На зажимах вторичной обмотки мы будем иметь напряжение . Оно направлено против напряжения , которое было приложено к машине при ее работе двигателем. При этом мощность, отдаваемая генератором в сеть, равна m1U1I1cos1.

Мы должны считать, что к зажимам первичной обмотки извне приложено.напряжение

Мощность, подводимая к первичной (роторной) обмотке, равна:

Она является чисто активной мощностью и соответствует механической мощности ротора  при работе машины генератором со скольжением s.

Асинхронный генератор и его векторная диаграмма

Для того чтобы выяснить, какие условности принимаются в отношении  и , обратимся к рис. 3-40. Будем считать, что машина 2 работает генератором с напряжением на его зажимах .

Рис. 3-40. К рассмотрению работы машины двигателем и генератором.

Если машина 1 работает двигателем и, следовательно, потребляет активную мощность, то векторная диаграмма строится для обхода B2A2A1B1B2: для этого обхода величина  рассматривается как составляющая напряжения , уравновешивающая э.д.с. ; ток  относительно э.д.с.  при этом сдвинут на угол, больший  ( на рис. 3-35).

Если машина 1 работает генератором и, следовательно, отдает активную мощность, то векторная диаграмма строится для обхода В1А1АBВ1; здесь  – составляющая э.д.с. , равная падению

напряжения в сопротивлении А–В; при этом ток  относительно э.д.с.  сдвинут на угол, меньший  ( на рис. 3-39).

Реактивный ток, необходимый для возбуждения в асинхронной машине магнитного поля, она сама не может создавать. Он к ней должен подводиться из сети при всех режимах ее работы.

Асинхронный генератор может работать только при опережении током  э.д.с. . Такой режим при одиночной работе генератора можно создать при помощи конденсаторов. Однако в обычных случаях требуются конденсаторы большой емкости. Они получаются громоздкими и дорогими: к тому же, если их емкость постоянна, то напряжение на зажимах генератора с увеличением нагрузки резко падает, а его стабилизация встречает большие затруднения.

Асинхронный генератор иногда включается на параллельную работу с синхронным генератором, позволяющим путем изменения его тока возбуждения изменять реактивную составляющую отдаваемого им тока (§ 4-7,в). Условия работы синхронной машины при этом ухудшаются, так как она должна работать с пониженным cos φc, отдавая отстающий реактивный ток не только во внешнюю сеть, но и асинхронной машине для создания в ней магнитного поля (рис. 3-41).

Рис. 3-41. Диаграмма векторов напряжения  и токов: нагрузки , асинхронного генератора  и синхронного генератора  при их параллельной работе.

Использование электрических машин в качестве генераторов и двигателей