Частота – одна из основных характеристик переменного тока, который производится генераторами. Ее можно измерить при помощи обычного тестера, с соответствующими настройками. Изменить частоту можно, регулируя настройки генератора или индуктивность и емкость в цепи.
Вам понадобится
- Генератор переменного тока, конденсатор, катушка индуктивности, тестер
Инструкция
- Переменный ток появляется в рамке из проводника, вращающейся в постоянном магнитном поле с некоторой угловой скоростью. Поскольку угловая скорость прямо пропорционально зависит от частоты вращения, увеличьте или уменьшите частоту переменного тока, уменьшая или увеличивая частоту вращения обмоток генератора. Например, увеличив частоту вращения обмоток генератора в 2 раза, получим увеличение частоты переменного тока во столько же раз.
- Если переменное напряжение подается в сети, то его частоту можно изменить, используя в цепи катушку индуктивности и конденсатор. Установите в сеть катушку индуктивности и конденсатор, соединив их параллельно. Такой колебательный контур будет создавать свою частоту колебаний. Для того чтобы ее рассчитать с помощью тестера, настроенного на измерение индуктивности, найдите эту величину для данной конкретной катушки. После этого, определите емкость конденсатора в контуре, используя тот же тестер, только с настройками для измерения электроемкости.
- Подключите систему к источнику переменного тока, при этом ее активное сопротивление должно быть незначительным. Этот колебательный контур создаст в цепи собственную частоту, которая будет причиной появления емкостного и индуктивного сопротивления.
Чтобы найти ее значение:
1. Найдите произведение значений индуктивности и электроемкости, измеренных с помощью тестера.2. Из значения, получившегося в пункте 1, извлеките квадратный корень.3. Полученный результат умножьте на число 6,28.4. Число 1 поделите на значение, полученное в пункте 3. - При изменении частоты тока нужно учитывать тот факт, что если частота сети и частота контура совпадут, наступит явление резонанса, при котором максимальные значения силы тока и ЭДС значительно увеличатся и цепь может перегореть.
В статье речь пойдет про то, как повысить силу тока в цепи зарядного устройства, в блоке питания, трансформатора, в генераторе, в USB портах компьютера не изменяя напряжения.
Что такое сила тока?
Электрический ток представляет собой упорядоченное перемещение заряженных частиц внутри проводника при обязательном наличии замкнутого контура.
Появление тока обусловлено движением электронов и свободных ионов, имеющих положительный заряд.
В процессе перемещения заряженные частицы могут нагревать проводник и оказывать химическое действие на его состав. Кроме того, ток может оказывать влияние на соседние токи и намагниченные тела.
Сила тока - электрический параметр, представляющий собой скалярную величину. Формула:
I=q/t, где I - сила тока, t - время, а q - заряд .
Стоит знать и закон Ома, по которому ток прямо пропорционален U (напряжению) и обратно пропорционален R (сопротивлению).
Сила тока бывает двух видов - положительной и отрицательной.
Ниже рассмотрим, от чего зависит этот параметр, как повысить силу тока в цепи, в генераторе, в блоке питания и в трансформаторе.
От чего зависит сила тока?
Чтобы повысить I в цепи, важно понимать, какие факторы могут влиять на этот параметр. Здесь можно выделить зависимость от:
- Сопротивления. Чем меньше параметр R (Ом), тем выше сила тока в цепи.
- Напряжения. По тому же закону Ома можно сделать вывод, что при росте U сила тока также растет.
- Напряженности магнитного поля. Чем она больше, тем выше напряжение.
- Числа витков катушки. Чем больше этот показатель, тем больше U и, соответственно, выше I.
- Мощности усилия, которое передается на ротор.
- Диаметра проводников. Чем он меньше, тем выше риск нагрева и перегорания питающего провода.
- Конструкции источника питания.
- Диаметра проводов статора и якоря, числа ампер-витков.
- Параметров генератора - рабочего тока, напряжения, частоты и скорости.
Как повысить силу тока в цепи?
Бывают ситуации, когда требуется повысить I, который протекает в цепи, но при этом важно понимать, что нужно принять меры по , сделать это можно с помощью специальных устройств.
Рассмотрим, как повысить силу тока с помощью простых приборов.
Для выполнения работы потребуется амперметр.
Вариант 1.
По закону Ома ток равен напряжению (U), деленному на сопротивление (R). Простейший путь повышения силы I, который напрашивается сам собой - увеличение напряжения, которое подается на вход цепи, или же снижение сопротивления. При этом I будет увеличиваться прямо пропорционально U.
К примеру, при подключении цепи в 20 Ом к источнику питания c U = 3 Вольта, величина тока будет равна 0,15 А.
Если добавить к цепи еще один источник питания на 3В, общую величину U удается повысить до 6 Вольт. Соответственно, ток также вырастет в два раза и достигнет предела в 0,3 Ампера.
Подключение источников питания должно осуществляться последовательно, то есть плюс одного элемента подключается к минусу первого.
Для получения требуемого напряжения достаточно соединить в одну группу несколько источников питания.
В быту источники постоянного U, объединенные в одну группу, называются батарейками.
Несмотря на очевидность формулы, практические результаты могут отличаться от теоретических расчетов, что связано с дополнительными факторами - нагревом проводника, его сечением, применяемым материалом и так далее.
В итоге R меняется в сторону увеличения, что приводит и к снижению силы I.
Повышение нагрузки в электрической цепи может стать причиной перегрева проводников, перегорания или даже пожара.
Вот почему важно быть внимательным при эксплуатации приборов и учитывать их мощность при выборе сечения.
Величину I можно повысить и другим путем, уменьшив сопротивление. К примеру, если напряжение на входе равно 3 Вольта, а R 30 Ом, то по цепи проходит ток, равный 0,1 Ампер.
Если уменьшить сопротивление до 15 Ом, сила тока, наоборот, возрастет в два раза и достигнет 0,2 Ампер. Нагрузка снижается почти к нулю при КЗ возле источника питания, в этом случае I возрастают до максимально возможной величины (с учетом мощности изделия).
Дополнительное снизить сопротивление можно путем охлаждения провода. Такой эффект сверхпроводимости давно известен и активно применяется на практике.
Чтобы повысить силу тока в цепи часто применяются электронные приборы, например, трансформаторы тока (как в сварочниках). Сила переменного I в этом случае возрастает при снижении частоты.
Если в цепи переменного тока имеется активное сопротивление, I увеличивается при росте емкости конденсатора и снижении индуктивности катушки.
В ситуации, когда нагрузка имеет чисто емкостной характер, сила тока возрастает при повышении частоты. Если же в цепь входят катушки индуктивности, сила I будет увеличиваться одновременно со снижением частоты.
Вариант 2.
Чтобы повысить силу тока, можно ориентироваться на еще одну формулу, которая выглядит следующим образом:
I = U*S/(ρ*l). Здесь нам неизвестно только три параметра:
- S - сечение провода;
- l - его длина;
- ρ - удельное электрическое сопротивление проводника.
Чтобы повысить ток, соберите цепочку, в которой будет источник тока, потребитель и провода.
Роль источника тока будет выполнять выпрямитель, позволяющий регулировать ЭДС.
Подключайте цепочку к источнику, а тестер к потребителю (предварительно настройте прибор на измерение силы тока). Повышайте ЭДС и контролируйте показатели на приборе.
Как отмечалось выше, при росте U удается повысить и ток. Аналогичный эксперимент можно сделать и для сопротивления.
Для этого выясните, из какого материала сделаны провода и установите изделия, имеющие меньшее удельное сопротивление. Если найти другие проводники не удается, укоротите те, что уже установлены.
Еще один путь - увеличение поперечного сечения, для чего параллельно установленным проводам стоит смонтировать аналогичные проводники. В этом случае возрастает площадь сечения провода и увеличивается ток.
Если же укоротить проводники, интересующий нас параметр (I) возрастет. При желании варианты увеличения силы тока разрешается комбинировать. Например, если на 50% укоротить проводники в цепи, а U поднять на 300%, то сила I возрастет в 9 раз.
Как повысить силу тока в блоке питания?
В интернете часто можно встретить вопрос, как повысить I в блоке питания, не изменяя напряжение. Рассмотрим основные варианты.
Ситуация №1.
Блок питания на 12 Вольт работает с током 0,5 Ампер. Как поднять I до предельной величины? Для этого параллельно БП ставится транзистор. Кроме того, на входе устанавливается резистор и стабилизатор.
При падении напряжения на сопротивлении до нужной величины открывается транзистор, и остальной ток протекает не через стабилизатор, а через транзистор.
Последний, к слову, необходимо выбирать по номинальному току и ставить радиатор.
Кроме того, возможны следующие варианты:
- Увеличить мощность всех элементов устройства. Поставить стабилизатор, диодный мост и трансформатор большей мощности.
- При наличии защиты по току снизить номинал резистора в цепочке управления.
Ситуация №2.
Имеется блок питания на U = 220-240 Вольт (на входе), а на выходе постоянное U = 12 Вольт и I = 5 Ампер. Задача - увеличить ток до 10 Ампер. При этом БП должен остаться приблизительно в тех же габаритах и не перегреваться.
Здесь для повышения мощности на выходе необходимо задействовать другой трансформатор, который пересчитан под 12 Вольт и 10 Ампер. В противном случае изделие придется перематывать самостоятельно.
При отсутствии необходимого опыта на риск лучше не идти, ведь высока вероятность короткого замыкания или перегорания дорогостоящих элементов цепи.
Трансформатор придется поменять на изделие большего размера, а также пересчитывать цепочку демпфера, находящегося на СТОКЕ ключа.
Следующий момент - замена электролитического конденсатора, ведь при выборе емкости нужно ориентироваться на мощность устройства. Так, на 1 Вт мощности приходится 1-2 мкФ.
После такой переделки устройство будет греться сильнее, поэтому без установки вентилятора не обойтись.
Как повысить силу тока в зарядном устройстве?
В процессе пользования зарядными устройствами можно заметить, что ЗУ для планшета, телефона или ноутбука имеют ряд отличий. Кроме того, может различаться и скорость, с которой происходит заряд девайсов.
Здесь многое зависит от того, используется оригинальное или неоригинальное устройство.
Чтобы измерить ток, который поступает к планшету или телефону от зарядного устройства, можно использовать не только амперметр, но и приложение Ampere.
С помощью софта удается выяснить скорость заряда и разрядки АКБ, а также его состояние. Приложением можно пользоваться бесплатно. Единственным недостатком является реклама (в платной версии ее нет).
Главной проблемой зарядки аккумуляторов является небольшой ток ЗУ, из-за чего время набора емкости слишком большое. На практике ток, протекающий в цепи, напрямую зависит от мощности зарядного устройства, а также других параметров - длины кабеля, его толщины и сопротивления.
С помощью приложения Ampere можно увидеть, при какой силе тока производится заряд девайса, а также проверить, может ли изделие заряжаться с большей скоростью.
Для использования возможностей приложения достаточно скачать его, установить и запустить.
После этого телефон, планшет или другое устройство подключается к зарядному устройству. Вот и все - остается обратить внимание на параметры тока и напряжения.
Кроме того, вам будет доступна информация о типе батареи, уровне U, состоянии АКБ, а также температурном режиме. Также можно увидеть максимальные и минимальные I, имеющие место в период цикла.
Если в распоряжении имеется несколько ЗУ, можно запустить программу и пробовать делать зарядку каждым из них. По результатам тестирования проще сделать выбор ЗУ, обеспечивающего максимальный ток. Чем выше будет этот параметр, тем быстрее зарядится девайс.
Измерение силы тока - не единственное, на что способно приложение Ampere. С его помощью можно проверить, сколько потребляется I в режиме ожидания или при включении различных игр (приложений).
Например, после отключения яркости дисплея, деактивации GPS или передачи данных легко заметить снижение нагрузки. На этом фоне проще сделать вывод, какие опции в большей степени разряжают аккумулятор.
Что еще стоит отметить? Все производители рекомендуют заряжать девайсы «родными» ЗУ, выдающими определенный ток.
Но в процессе эксплуатации бывают ситуации, когда приходится заряжать телефон или планшет другими зарядными, имеющими большую мощность. В итоге скорость зарядки может оказаться выше. Но не всегда.
Мало, кто знает, но некоторые производители ограничивают предельный ток, который может принимать АКБ устройства.
Например, устройство Самсунг Гэлекси Альфа поставляется вместе с зарядным на ток 1,35 Ампер.
При подключении 2-амперного ЗУ ничего не меняется - скорость зарядки осталась той же. Это объясняется ограничением, которое установлено производителем. Аналогичный тест был произведен и с рядом других телефонов, что только подтвердило догадку.
С учетом сказанного выше можно сделать вывод, что «неродные» ЗУ вряд ли причинят вред аккумулятору, но иногда могут помочь в более быстрой зарядке.
Рассмотрим еще одну ситуацию. При зарядке девайса через USB-разъем АКБ набирает емкость медленнее, чем если заряжать устройство от обычного ЗУ.
Это объясняется ограничением силы тока, которую способен отдавать USB порт (не больше 0,5 Ампер для USB 2.0). В случае применения USB3.0 сила тока возрастает до уровня 0,9 Ампер.
Кроме того, существует специальная утилита, позволяющая «тройке» пропускать через себя больший I.
Для устройств типа Apple программа называется ASUS Ai Charger, а для других устройств - ASUS USB Charger Plus.
Как повысить силу тока в трансформаторе?
Еще один вопрос, который тревожит любителей электроники - как повысить силу тока применительно к трансформатору.
Здесь можно выделить следующие варианты:
- Установить второй трансформатор;
- Увеличить диаметр проводника. Главное, чтобы позволило сечение «железа».
- Поднять U;
- Увеличить сечение сердечника;
- Если трансформатор работает через выпрямительное устройство, стоит применить изделие с умножителем напряжения. В этом случае U увеличивается, а вместе с ним растет и ток нагрузки;
- Купить новый трансформатор с подходящим током;
- Заменить сердечник ферромагнитным вариантом изделия (если это возможно).
В трансформаторе работает пара обмоток (первичная и вторичная). Многие параметры на выходе зависят от сечения проволоки и числа витков. Например, на высокой стороне X витков, а на другой - 2X.
Это значит, что напряжение на вторичной обмотке будет ниже, как и мощность. Параметр на выходе зависит и от КПД трансформатора. Если он меньше 100%, снижается U и ток во вторичной цепи.
С учетом сказанного выше можно сделать следующие выводы:
- Мощность трансформатора зависит от ширины постоянного магнита.
- Для увеличения тока в трансформаторе требуется снижение R нагрузки.
- Ток (А) зависит от диаметра обмотки и мощности устройства.
- В случае перемотки рекомендуется использовать провод большей толщины. При этом отношение провода по массе на первичной и вторичной обмотке приблизительно идентично. Если на первичную обмотку намотать 0,2 кг железа, а на вторичную - 0,5 кг, первичка сгорит.
Как повысить силу тока в генераторе?
Ток в генераторе напрямую зависит от параметра сопротивления нагрузки. Чем ниже этот параметр, тем выше ток.
Если I выше номинального параметра, это свидетельствует о наличии аварийного режима - уменьшения частоты, перегрева генератора и прочих проблем.
Для таких случаев должна быть предусмотрена защита или отключение устройства (части нагрузки).
Кроме того, при повышенном сопротивлении напряжение снижается, происходит подсадка U на выходе генератора.
Чтобы поддерживать параметр на оптимальном уровне, обеспечивается регулирование тока возбуждения. При этом повышение тока возбуждения ведет к росту напряжения генератора.
Частота сети должна находиться на одном уровне (быть постоянной величиной).
Рассмотрим пример. В автомобильном генераторе необходимо повысить ток с 80 до 90 Ампер.
Для решения этой задачи требуется разобрать генератор, отделить обмотку и припаять к ней вывод с последующим подключением диодного моста.
Кроме того, сам диодный мост меняется на деталь большей производительности.
После этого требуется снять обмотку и кусок изоляции в месте, где должен припаиваться провод.
При наличии неисправного генератора с него откусывается вывод, после чего с помощью медной проволоки наращиваются ножки такой же толщины.
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:
.
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.
Частотное регулирование на основе тиристорных преобразователей частоты все ши
ре применяется на судах мирового флота, особенно на специализированных – контейнеро-
возах, судах для транспортировки тяжеловесных грузов и т.п..
Этот вид регулирования – наиболее плавный и экономичный, с диапазоном регули-
рования до 12:1 и выше.
Изменение частоты тока питающей сети влияет на два важных параметра асинхрон
ного двигателя:
1. угловую скорость ω = 2πf (1 – s) / р;
2. критический (максимальный) момент двигателя М = с .
Как следует из приведенных соотношений, при увеличении частоты тока угловая
скорость увеличивается прямо пропорционально частоте, а критический момент уменьша-
ется обратно пропорционально квадрату частоты, что может привести к опрокидыванию
асинхронного двигателя (см. ниже).
Рис. 245. Механические характеристики асинхронного двигателя при изменении частоты тока питающей сети: искусственная (ИМХ) при частоте f = 25 Гц;
естественная (ЕМХ) при частоте f = 50 Гц
Рассмотрим регулирование скорости изменением частоты тока питающей сети от
значения f = 25 Гц до значения f = 50 Гц (рис. 245).
Пусть двигатель работает в точке «С» на искусственной механической характери-
стике при частоте f = 25 Гц. Этой характеристике соответствует критический момент
М и угловая скорость идеального холостого хода ω .
При скачкообразном увеличении частоты тока в 2 раза, т.е. до значения f = 50 Гц,
критический момент уменьшится в 4 раза (М = 0,25 М ), а угловая скорость иде-
ального холостого хода увеличится в 2 раза, до значения ω .
При этом двигатель при постоянстве скорости перейдет из точки «С» в точку «D».
Этой точке соответствует электромагнитный момент, меньший тормозного статического М . Поэтому двигатель станет тормозиться по участку «DE» характеристики, и в точке
«Е» остановится.
При реактивном статическом моменте (насосы, вентиляторы и т.п.) переходный процесс в точке «Е» закончится, т.е. двигатель после остановки ротора в точке «Е» оста
нется стоять под током.
При активном статическом моменте (грузовые лебедки и краны, брашпиль) пере-
ходный процесс в точке «Е» не закончится, двигатель после кратковременной остановки ротора в точке «Е» реверсирует и под действием статического момента М , созданного подвешенным грузом (или судовым якорем), станет разгоняться в обратном направле-
Привод перейдет в режим тормозного спуска, при котором электромагнитный мо-
мент двигателя направлен на подъем, а фактически происходит спуск груза (якоря).
При этом скорость спуска будет непрерывно увеличиваться, т.к. по мере разгона
привода значение тормозного электромагнитного момента двигателя непрерывно умень-
шается (М < М ). Если привод своевременно не остановить, произойдет авария.
Поэтому для электроприводов грузоподъемных и якорно-швартовных механизмов
при регулировании скорости одновременно, в равной степени, изменяют как частоту тока, так и напряжения питающей сети.
Рис. 246. Механические характеристики асинхронного двигателя при одновременном изменении частоты тока и напряжения питающей сети: естественная при частоте f = 50 Гц; искусственные при частотах f = 10, 20, 30 и 40 Гц
Тогда критический момент двигателя М = с = const (cм. рис. 246), поэтому
