CC BY
31Потенциал напряжения, в электрической схеме, может вызвать отрыв одного или более электронов от атома, благодаря силе отталкивания противоположной полярности между разноименно заряженными объектами, согласно закону Ньютона и Закону Кулона электрических сил.
Когда атом кислорода соединяется с двумя атомами водорода, чтобы создать молекулу воды, принятием электронов водорода, атом кислорода становится отрицательно заряженным (-) с тех пор, как реструктуризованный атом кислорода теперь имеет отрицательно заряженных атомов и только положительно заряженных протона. Атом водорода с его единственным неиспользованным положительно заряженным протоном, теперь приобретает «чистый» положительный заряд, равный электрической интенсивности отрицательного заряда двух электронов.
Будучи разделенным с атомом кислорода, удовлетворяя законы физики, что каждое действие находит равное противодействие, направленное
противоположно. Сумма двух положительно заряженных атомов водорода уравнивает отрицательно заряженный атом кислорода, образуя электрически нейтральную молекулу воды. Только разноименные атомы молекулы воды проявляют противоположные электрические заряды.
Согласно вышесказанному предположению, использование высокого потенциала способно разделить молекулу моды на кислород и водород.
Список литературы
1. Meyer S. A. Water fuel cell. Explaining the Hydrogen Fracturing Process on how to use water as a new fuel-sourse / Stanley A. Meyer, Inventor 3792 Broadway Grove City, Ohio 43123, 1-614-871-4173, Fax: 1614-871-8075
2. Meyer S. A. Method for the production of a fuel gas / Stanley A. Meyer, 3792 Broadway, Grove City, Ohio 43123. Patent Number: 4,936,961. Date of Patents: Jun. 26, 1990
ИССЛЕДОВАНИЕ НЕСИММЕТРИИ ПРИЛОЖЕННОГ НАПРЯЖЕНИЯ В АСИНХРОННЫХ
ДВИГАТЕЛЯХ
Кириллов И.В.
АО «УАПО», инженер-конструктор Апальков Р.Г. АО «УАПО», инженер-схемотехник Галка И.А. НИУМЭИ, студент Иванов А. С. НИУ МЭИ, ст. преп.
INVESTIGATION OF THE ASYMMETRY OF THE APPLIED VOLTAGE IN ASYNCHRONOUS
MOTORS
Kirillov I.,
JSC "UAPO", design engineer Apalkov R., JSC "UAPO", circuit engineer Galka I., NRUMPEI, student Ivanov A. NRU MPEI, st. prep
Аннотация
В работе описан метод расчета несимметричных режимов работы электродвигателя. Результаты расчетов работы двигателя в несимметричном режиме, получены статические и динамические характеристики асинхронного двигателя.
Abstract
The paper describes a method for calculating asymmetric modes of operation of an electric motor. The results of calculations of the engine operation in an asymmetric mode, static and dynamic characteristics of an asynchronous motor are obtained.
Ключевые слова: Асинхронная машина, асинхронный двигатель, несимметрия режима работы, режим работы, искажение симметрии, принцип наложения.
Keywords: Asynchronous machine, asynchronous motor, operating mode asymmetry, operating mode, symmetry distortion, superposition principle.
Исследование несимметричных режимов работы является важной и актуальной задачей. На практике встречаются различные виды несимметричных режимов работы, которые возникают во всех электрических машинах и трансформаторах. Причины их возникновения в асинхронных двигателях следующие:
1)искажение симметрии напряжения сети;
2)несимметрия сопротивлений в цепях статора и ротора;
3)несимметричная схема соединений обмоток двигателя.
Искажение приложенного напряжения существенно влияет не только на потребителей электроэнергии, но и на саму питающую сеть. Особенно негативно несимметрия напряжения сказывается на процессе работы и сроке службы асинхронных двигателей [1].
Метод симметричных составляющих наиболее распространен для линейных симметрично выполненных систем при несимметричных воздействиях. Это связано с тем, что в симметричной трехфазной цепи симметричная система напряжений какой-либо последовательности вызывает симметричную систему токов той же последовательности [2]. В этом случае для расчета можно применить принцип наложения, то есть расчет режимов прямой, обратной и нулевой последовательности проводить отдельно.
Симметричную систему прямой последовательности образуют (рисунок 1а) три одинаковых по модулю вектора Лг, Вг и Сг со сдвигом по отношению друг к другу на 2п/3 рад. (120°), причем Вг отстает отЛг, а Сг отстает от Вг.
Рис. 1. Симметричные системы а - прямой последовательности, б - обратной последовательности, в - нулевой последовательности.
а В2 отстает от С2 (рисунок 1б). Для этой системы имеем В2=а Л2; С2=а2 Л2.
Система нулевой последовательности состоит из трех векторов, одинаковых по модулю и фазе (рисунок 1в): Ло = Во = Со
При сложении трех указанных систем векторов получается несимметричная система векторов (рисунок 2).
Л
,2Л
Введя оператор поворота а = е}~, для симметричной системы прямой последовательности можно записать В1=а2Лг; С1=аЛг
Симметричная система обратной последовательности образована равными по модулю векторами Л2, В2 и С2 с относительным сдвигом по фазе на 2п/3 рад. (120°), причем теперь С2 отстает от Л2,
Рис. 2 - Несимметричная система векторов.
Любая несимметричная система однозначно раскладывается на симметричные составляющие. Действительно,
А — А1 + А2 + Ао
В — В1+В2+В0 — а2А1 + аА2 + А0С
С — С1 + С2 + С0 — аА1 + а2А2 + Л0Таким
— С1 + С2 + Со
— аА1 + а2А2 + Л0Таким
. 1 . . .
Ао—-(А + В + С)
Для нахождения А1 умножается (2) на а, а (3)
2
- на ат_, после чего полученные выражения складываются с (1). В результате приходим к соотношению
1
А1 — - (А + аВ + а^С)
Для определения А2 с соотношением (1) складывается уравнения (2) и (3), предварительно умноженные соответственно на а^ и а. В результате получается:
1
А2—-(А + а2В + аС)
Разложение токов трехфазной асинхронной машины по схеме соединения обмотки «звезда» на симметричные составляющие дает только две составляющие — прямую и обратную. Токи нулевой последовательности возникать не будут, так как цепь остается трехпроводной. В схеме соединения «треугольник», нулевая последовательность сохраняется.
Другим способом исследования несимметричных режимов работы электрических машин является математическое моделирование рассматриваемого агрегата в различных программных комплексах и средах. Примером таких программ является пакет МЛТЬЛБ, используемый в данной работе для моделирования динамики переходных процессов в асинхронном двигателе. Пакет МЛТЬЛБ позволяет смоделировать систему дифференциальных уравнений асинхронной машины в расширении 81ш-иИпк с помощью различных элементов, так называемых блок-схем, с помощью которых можно задавать параметры машины. Так же, в программном
обеспечении содержится большое количество библиотек с блоками, представляющими собой уже готовые агрегаты. Примером может служить библиотека SimPowerSystems, в которой содержатся модели электрических машин переменного и постоянного тока.
Гармонический анализ — раздел математического анализа, в котором изучаются свойства функций с помощью представления их в виде рядов или интегралов Фурье. Основные объекты изучения классического гармонического анализа: тригонометрические ряды, преобразование Фурье, ряды Дирихле.
Для исследования несимметричных режимов работы электрических машин, был выбран асинхронный двигатель серии 4А, модель 4А160S4У3.
Номинальные данные рассматриваемого двигателя:
Номинальная мощность: 15 кВт Номинальное напряжение: 220/380 В Номинальный ток: 49,4/28,5 А Число полюсов: 4
Номинальные КПД и cosф: п=0892; ^ф=0.894
Номинальное скольжение: 2.4% Для сравнения несимметричных режимов работы необходимо сначала рассчитать нормальный режим работы двигателя. Расчет двигателя можно произвести по Т-образной схеме замещения, представленной на рисунке 3. Полная схема замещения асинхронного двигателя при вращающемся роторе отличается от схемы замещения асинхронного двигателя с заторможенным ротором только наличием в цепи ротора активного сопротивления, зависящего от нагрузки. Поэтому на схеме замещения добавляют переменное активное сопротивление г2'(1-s)/s, которое зависит от скольжения.
Величина скольжения определяет переменное сопротивление, например, при отсутствии нагрузки на валу скольжение практически равно нулю s~0, а значит переменное сопротивление равно бесконечности, что соответствует режиму холостого хода. И наоборот, при больших нагрузках двигателя, s=1, а значит сопротивление равно нулю, что соответствует режиму короткого замыкания.
Рис.3 - Т-образная схема замещения АД
Для расчетов статических характеристик ис- внимание на то, что расчет при постоянных значе-пользована система МаШСа^ Следует обратить ниях параметров, соответствующих номинальному
режиму работы, приводит к заниженным значениям
пускового момента и пускового тока. Для того чтобы получить реальные значения пусковых тока и момента, надо учесть зависимость параметров от вытеснения тока в стержнях ротора и от насыщения коронок зубцов. Однако в данной работе значения пусковых токов и моментов не рассматриваются, а
modli(slip)
24
интерес представляют значения в области рабочих скольжений.
Полученные зависимости - электромеханическая и механическая характеристики асинхронного двигателя представлены на рисунках 4.
>24 0 12
Рис. 4
Электромеханическая и механическая характеристики асинхронного двигателя в нормальном
режиме работы.
Для сравнения несимметричных режимов работы с нормальным режимом достаточно полученных значений номинального тока, номинального момента и критического момента двигателя, которые показаны маркерами на представленных графиках.
Далее рассматривается самый распространенный вид несимметрии - несимметрию приложен-
ного напряжения. Сначала задаем саму несимметрию. На рисунке 5 показана векторная диаграмма трехфазной системы напряжений. Эта система представляет собой звезду фазных напряжений, длины векторов которых равны 220 В, а фазы сдвинуты друг относительно друга на 120°. Эта система является симметричной.
Рис. 5 - Симметричная система векторов
Несимметричной будет являться система, в которой длины векторов или сдвиг фаз будет иным, нежели в симметричной системе. Принимается, что длина вектора Ив становится на 20% меньше, а длина вектора Ис становится на 20% больше. Тогда, по методу симметричных составляющих можно найти составляющие данных векторов для прямой и обратной последовательностей.
Расчет по методу симметричных составляющих:
Разложение векторов напряжений на прямую и обратную последовательность представлены на рисунке 6.
+ Ь
Рис. 6 - Разложение векторов при несимметрии напряжений.
Полученные характеристики для прямой и обратной последовательностей и результирующие характеристики представлены на рисунках 7.
:сс
MitsHp)
МцС^ф)
М121зИр)
100
Olli
Рис. 7 - Механическая и электромеханическая характеристики АД при несимметрии приложенного
напряжения.
Как видно из полученных зависимостей, момент при несимметрии напряжений падает незначительно, это связано с тем, что степень несимметрии достаточно невелика, т.к. не меняется фазовый сдвиг, а лишь длины векторов. Ток статора напротив увеличивается, но все также незначительно.
Схема для моделирования дефектов работы асинхронного двигателя представлена в учебной литературе [3]. Схема необходимая для моделирования несимметричных режимов работы асинхронного двигателя представлена на рисунке 8.
Рис. 8 - Модель для исследования несимметричных режимов работы АД
С выхода асинхронной машины можно получить большое количество значений. Интерес представляют токи статора и ротора, угловая частота вращения ротора и электромагнитный момент, а
также значения напряжения статора в осях d и q, которые позволяют получить годограф с помощью блока графопостроителя XY Graph. При нормаль-
ном режиме работы данный годограф должен получится идеальным кругом, т.к. при работе без дефектов поле электрической машины круговое. Сам годограф, полученный в результате исследования
нормального режима работы асинхронного двигателя, представлен на рисунке 9.
Рис. 9 - Годограф напряжения статора при нормальном режиме работы
После построения данной модели можно переходить к симуляции различных режимов работы.
Рассмотрим режим работы при несимметрии приложенных напряжений. Увеличим амплитудное значение в фазе С на 35% и сдвинем его на 20° по
часовой стрелке, фазу В уменьшим на 10% и сдвинем ее на 10° по часовой стрелке, а фазу А уменьшим на 20% и сдвинем ее на 30° против часовой стрелки. Результаты моделирования представлены на рисунках 10 и 11.
-300 -200 -100 О 100 200 300
X Axis
Рис. 10 - Годограф напряжений статора при несимметрии приложенного напряжения.
Рис.11 - Динамические характеристики работы АД при несимметрии приложенного напряжения.
По годографу видно, что степень несимметрии значительно повлияла на магнитное поле машины. Амплитуды токов статора выросли в разы по сравнению с нормальным режимом работы.
Исходя из полученных данных, можно говорить о том, что степень несимметрии значительно влияет на работоспособность машины, может вывести ее из строя, вызвать механические повреждения конструктивных элементов. Увеличение колебаний момента ведет к увеличению вибраций, которые передаются на подшипники, которые могут оказаться не способны выдержать такие колебания. Увеличение тока вызывает чрезмерный нагрев обмотки статора, что приводит к повреждениям изоляции.
Список литературы
1. Вольдек А.И. Электрические машины. Машины переменного тока: Учебник для вузов / Воль-дек А.И., Попов. В.В. - СПб.: Питер, 2010. - 350 с.
2. Ушакова Н.Ю. Метод симметричных составляющих: методические указания к самостоятельному изучению раздела курса ТОЭ и к выполнению расчетно-графического задания / Н.Ю. Ушакова, Л.В. Быковская; Оренбургский гос. ун-т. - Оренбург: ОГУ, 2010. - 59 с.
3. Колесников В.В. Моделирование характеристик и дефектов трехфазных асинхронных машин: Учебное пособие. - СПб.: Издательство «Лань», 2017 - 144 с.
