Вольт амперная характеристика двигателя под нагрузкой

Асинхронный генератор

Характеристики автономных асинхронных генераторов с конденсаторным возбуждением

Если выполняются условия ω_r = const, C = const, то с включением генератора на нагрузку происходит уменьшение частоты.

Генерирование электрических колебаний переменной частоты при отмеченных условиях является характерной отличительной особенностью автономного асинхронного генератора. Принципиально возможно также получение постоянной частоты. Для этого достаточно осуществлять такое регулирование частоты вращения ротора, при котором частота вращения магнитного поля будет оставаться постоянной. В связи с этим, применительно к автономному асинхронному генератору, различают характеристики при постоянной (номинальной) частоте вращения и характеристики при постоянной (номинальной) частоте.

К основным характеристикам относятся: характеристика холостого хода, внешняя, нагрузочная, регулировочная и частотная.

В режиме холостого хода скольжение s ≈ 0. Поэтому характеристика холостого хода при постоянной частоте вращения ротора совпадает с характеристикой при постоянной частоте:

при ω_r = const; f₁ = const; I = 0 .

Внешняя характеристика автономного асинхронного генератора представляет собой зависимость напряжения на его зажимах от тока нагрузки при условии постоянства частоты вращения ротора, емкости конденсаторов и коэффициента мощности нагрузки, т.е.

при ω_r = const; C = const; cosφ = const , или соответственно:

при f₁ = const; C = const; cosφ = const,

гдe I — ток нагрузки; φ — фазовый угол сдвига между током и напряжением нагрузки.

при ω_r = const; I = const; cosφ = const, или соответственно

при f₁ = const; I = const; cosφ = const.

при U₁ = const; ω_r = const; cosφ = const, или соответственно:

при U₁ = const; f₁ = const; cosφ = const.

Частотная характеристика позволяет судить об изменении частоты с изменением нагрузки. Поэтому ее относят к постоянной частоте вращения ротора:

при ω_r = const; C = const; cosφ = const.

Номинальная частота вращения может быть выбрана по номинальной частоте при холостом ходе или номинальной нагрузке. В первом случае в соотношение подставляется значение скольжения s = 0, во втором s = s_nom

По условию ограничения намагничивающего тока за номинальную частоту вращения ротора автономного асинхронного генератора, в качестве которого часто используется асинхронный двигатель, целесообразно принимать частоту, соответствующую номинальной частоте при номинальной нагрузке. Характеристика холостого хода, нагрузочные характеристики генератора и вольтамперные характеристики конденсатора при постоянной частоте вращения ротора (ω_r = const, f₁ = var) показаны на рис. 12.

Вольтамперные характеристики конденсатора соответствуют одной и той же емкости (С = const).

Характеристика холостого хода (без учета остаточной ЭДС) изображена кривой, проходящей через начало координат. Точке ее пересечения М с вольтамперной характеристикой конденсатора (прямой 0М) соответствует установившийся режим, характеризующийся напряжением U₁₀ и током холостого хода I₀₁

После включения генератора на нагрузку координаты рабочей точки, т.е. точки пересечения магнитной (нагрузочной) характеристики машины и вольтамперной характеристики конденсатора, изменяются вследствие изменения напряжения и тока холостого хода.

С переходом от режима холостого хода к режиму с номинальной нагрузкой рабочая точка перемещается из положения М на характеристике холостого хода в положение N на нагрузочной характеристике 0NВ. Вольтамперная характеристика конденсатора поворачивается в направлении против часовой стрелки на угол Δα = α₁ — α₀, соответствующий приращению реактивного сопротивления конденсатора, обусловленному уменьшением частоты.

Изменения напряжения и тока холостого хода при переходе режима от холостого хода к режиму с номинальной нагрузкой определяются по соотношениям:

По мере увеличения нагрузки вольтамперная характеристика конденсатора продолжает поворачиваться против часовой стрелки, а рабочая точка перемещаться в направлении к точке Р. При этом генератор все более размагничивается, что сопровождается уменьшением напряжения на его зажимах. С переходом рабочей точки в ненасыщенную область 0Р напряжение резко исчезает. Режим самовозбуждения сохраняется до некоторой определенной нагрузки, характеризующей предел статической устойчивости машины.

Заметим, что если экспериментальное получение характеристик автономного асинхронного генератора переменной частоты при f_r = const осуществляется довольно просто, то теоретическое исследование режимов его работы встречает значительные затруднения. Так как каждой произвольно взятой нагрузке соответствует вполне определенная частота, то все реактивные параметры системы асинхронный генератор и нагрузка становятся функциями скольжения, причем практически отпадает возможность использования такого метода анализа, как метод круговых диаграмм. Из этого следует, что целесообразнее рассматривать характеристики автономного асинхронного генератора постоянной частоты с переменной частотой вращения ротора. Тогда все режимы работы генератора могут быть исследованы с помощью схем замещения, векторных и круговых диаграмм.

Замечания и предложения принимаются и приветствуются!

Статические тиристорные компенсаторы реактивной мощности

В настоящее время основной нагрузкой электрических сетей являются асинхронные двигатели, различные распределительные или преобразовательные трансформаторы, полупроводниковые преобразовательные аппараты и т.д.

Подобная нагрузка в процессе работы является потребителем реактивной мощности, которая, совершая колебания между источником, расходуется на создание электромагнитных полей и создает дополнительную загрузку оборудования для производства, передачи и распределения электроэнергии. Резкопеременный характер потребления электроэнергии сопровождается колебаниями напряжения в узлах нагрузки.

Использование нагрузки с нелинейной вольт-амперной характеристикой сопровождается генерацией несинусоидальных искажений в питающую сеть, негативно влияющих на все электрооборудование энергетического объекта:

• — повышенный нагрев аппаратуры передачи и распределения электроэнергии, увеличение активных потерь в проводниковых и диэлектрических материалах;
• — вибрации, нестабильная работа двигателей;
• — ложные срабатывания устройств РЗиА;
• — электромагнитные помехи в аппаратуре измерения и устройствах управления;
• — несанкционированное срабатывание коммутационной аппаратуры;
• — возможность возникновения резонансных явлений при компенсации реактивной мощности.

Статические тиристорные компенсаторы реактивной мощности являются одним из устройств, обеспечивающих повышение эффективности работы и энергосбережения систем передачи и распределения электрической энергии.

СТК разрабатываются в двух основных модификациях: для промышленных установок типа дуговых сталеплавильных печей (ДСП) и тиристорных приводов прокатных станов и для высоковольтных линий электропередачи. Также есть специальное исполнение СТК для применения на тяговых подстанциях электрифицированных железных дорог.

Эффективность применения СТК, в зависимости от объекта установки, определяется реализацией ими следующих функций:

Для промышленных установок и тяговых подстанций железных дорог

• Снижение колебаний напряжения
• Повышение коэффициента мощности
• Балансирование нагрузки
• Снижение токов высших гармоник

Для дуговых сталеплавильных печей

• Существенное снижение колебаний напряжения (фликера) в питающей сети
• Возможность подключения мощных печей к энергосистемам с низкой мощностью КЗ
• Повышение среднего коэффициента мощности
• Снижение токов высших гармоник, текущих в энергосистему
• Симметрирование токов, потребляемых из сети
• Стабилизация напряжения на шинах нагрузки
• Повышение производительности печи
• Снижение расхода электродов и футеровки

Для линий электропередачи

• Повышение статической и динамической устойчивости передачи
• Снижение отклонений напряжения при больших возмущениях в системе
• Стабилизация напряжения
• Ограничение внутренних перенапряжений
• Увеличение передаточной способности электропередачи из-за улучшения устойчивости при большой передаваемой мощности
• Фильтрация токов высших гармоник

Помимо обеспечения требований действующих стандартов по основным показателям качества электроэнергии СТК осуществляют разгрузку сетевых трансформаторов и питающих линий электропередачи от реактивной мощности и, тем самым, снижают в них величину действующего тока и активных потерь, что позволяет увеличить пропускную способность без установки нового оборудования. Срок окупаемости СТК составляет от 1 до 3 лет.
Таким образом, по аналогии с охраной окружающей среды, СТК являются своего рода «очистными системами» для энергетической среды, восстанавливая качество электроэнергии, испорченное потребителями, и снижая активные потери на ее передачу.

Общая электротехника

Корытченко Константин Владимирович

О кафедре

Кафедра обеспечивает обучение по дисциплинам: «Электротехника, электроника и микропроцессорная техника», «Электротехника и электромеханика», «Электротехника и электроника». Во время преподавания курсов студенты изучают электрические, магнитные, электронные цепи, электротехнические, электронные и микропроцессорные приборы и устройства в различных отраслях промышленности.

На практических занятиях студенты осваивают расчет электрических цепей и электрических машин (электродвигателей и генераторов) постоянного и переменного токов, трансформаторов и других электротехнических устройств. Студенты учатся практически применять законы Ома, Ампера, Кирхгофа и другие. Отработка лабораторных работ осуществляется на лабораторных стендах, позволяющих научиться применять электрические измерительные приборы (вольтметр, амперметр, ваттметр, веберметр, фазометр, осциллограф, тахометр и другие).

На стендах студенты приобретают навыки в чтении электрических схем и сборке электрических цепей постоянного и переменного токов, трехфазных цепей при различной нагрузке. Проводятся исследования электромеханических характеристик двигателей и генераторов, исследования характеристик трансформатора, измерения вольт-амперных характеристик полупроводниковых приборов и электронных устройств (выпрямителей, усилителей и др.). Студенты приобретают представление о резонансных явлениях в электрических цепях переменного тока, о программировании входных и выходных портов в микропроцессорных системах и прочем.

Обучение студентов обеспечивают высококвалифицированные преподаватели, которые получили опыт практической работы за рубежом. Профессорско-преподавательский состав кафедры также обеспечивает подготовку аспирантов по научным направлениям на стыке наук, связанными с импульсной электромеханикой, криогенной техникой, газодинамикой, физикой плазмы и др.

Кафедра активно развивает новаторские идеи. В частности, высокоэнергетическая искровая система зажигания, разработанная на кафедре, применяется в пульсирующем компрессионно-детонационном устройстве.

Кафедра осуществляет исследования плазменных формирований с собственным магнитным полем, разрабатывает электродинамические ускорители для нужд промышленности. Кафедра обеспечивает патентную защиту научных разработок, осуществленных на кафедре, и организовано сотрудничество с иностранными научными учреждениями.

Кафедра проводит олимпиады по электротехнике среди студентов электротехнических специальностей НТУ «ХПИ».

Преподаватели кафедры принимают активное участие в работе специализированных ученых советов.

Научные направления

На кафедре развиваются несколько научных направлений. Перспективы развития первого научного направления кафедры связаны с разработкой и внедрением сверхпроводящих материалов в объекты электроэнергетического комплекса, что поможет повысить коэффициент полезного действия агрегатов и устройств, уменьшить их массогабаритные показатели, снизить пиковые значения токов в электрических сетях в аварийных режимах. Как следствие, это позволит экономить средства, в частности энергоресурсы.

Результаты работы направлены на разработку ограничителей тока короткого замыкании с высокотемпературными сверхпроводниковыми элементами, что качественно повышает эффективность их работы в различных режимах. Для этого необходимо определить общие параметры и характеристики ограничителей тока различной конфигурации с криогенным охлаждением, разработать методики по их расчету и провести их экспериментальное испытание в лабораторных условиях.

Перспективы развития второго научного направления кафедры связаны с разработкой высокоэффективных электромеханических преобразователей импульсного действия различного назначения.

На данный момент на базе такого преобразователя разработано и изготовлено, экспериментально испытано и запатентовано ударное устройство для защиты информации от несанкционированного доступа на компьютере.

Совместно со специалистами Научно-исследовательского комплекса «Ускоритель» Национального научного центра «ХФТИ» и Институтом танковых войск при НТУ «ХПИ» предложена концепция устройства для ускорения ударной волны в газо-плазменной среде с помощью электромеханического преобразователя индукционного типа. Рассматриваются перспективы по использованию этого преобразователя для системы искрообразования двигателя, работающего на некачественном топливе.

Кроме того разрабатываются форсированные преобразователи, обеспечивающие повышенную начальную скорость якоря для электрических аппаратов, быстродействующие преобразователи комбинированного типа (электромагнитного и индукционного, электродинамического и индукционного и др.) И многосекционные преобразователи с последовательной коммутацией секций индуктора. На кафедре выполняются: ведутся НИР, связанные с усовершенствованием технических систем и устройств за счет импульсных электромеханических преобразователей и электрофизических технологий.

Вольт амперная характеристика двигателя под нагрузкой

Рассмотрим несколько примеров нелинейных элементов с симметричными характеристиками:

а) лампа накаливания

С ростом тока сопротивление нити увеличивается и возрастание тока замедляется (рис.6). Сопротивление не зависит от направления тока.

С ростом тока сопротивление нити уменьшается (рис.7). Терморезистор применяют для компенсации изменений сопротивлений элементов, изготовленных из металлических проводников, сопротивление которых увеличивается с увеличением тока в цепи. При последовательном же включении общее сопротивление цепи не изменяется.

в) тиритовые и вилитовые элементы

С увеличением напряжения их проводимость увеличивается. Например:

при увеличении напряжения в 2 раза ток I увеличивается в 10 раз (рис.8). Из тиритовых дисков выполняют разрядники, предназначенные для защиты установок высокого напряжения от перенапряжений.

К нелинейным элементам с несимметричной вольт-амперной характеристикой относятся электронные лампы, полупроводниковые диоды, транзисторы, электрическая дуга при неоднородных электродах и прочие.

а) полупроводниковый диод

Проводит электрический ток, если к аноду приложен положительный потенциал, а к катоду — отрицательный (рис.9).

Ток коллектора различен для разных токов базы (рис.10)

Нелинейные элементы характеризуются двумя параметрами: статическим Rст и дифференциальным Rдиф сопротивлениями. Эти сопротивления изменяются от точки к точке вольт-амперной характеристики.

Статическим сопротивлением называется отношение напряжения к току в данной точке (рис.11)

Дифференциальное сопротивление определяется производной к ВАХ в точке А, т.е. тангенсом угла наклона касательной в точке А.