18. Способы увеличения пускового момента.

19. Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Рабочие характеристики представляют собой зависимости скольжения s, частоты вращения n, развиваемого момента M, потребляемого тока I₁, расходуемой мощности P₁, коэффициента мощности cosφ и КПД η от полезной мощности P₂ на валу 2. Снимаются эти характеристики при естественных режимах работы двигателя, то есть двигатель не регулируется, частота тока f₁ и напряжения U₁ питающей сети постоянны, изменяется только нагрузка на валу 2 (P₂).

s: При увеличении нагрузки на валу двигателя P₂ скольжение s возрастает, причём при больших нагрузках скольжение увеличивается несколько быстрее, чем при малых. При ХХ двигателя скольжение очень мало (около 0), при номинальной нагрузке скольжение обычно составляет 3-5%.

n: n₂=n₁·(1-s)=(60·f/P₁)·(1-s). При увеличении нагрузки на валу двигателя P₂ скольжение s возрастает, а частота вращения n уменьшается, но изменение частоты вращения при увеличении нагрузки от 0 до номинальной незначительно и не превышает 5%, поэтому скоростная характеристика является жёсткой, то есть кривая имеет очень малый наклон к горизонтальной оси.

M: Вращающий момент M, развиваемый двигателем, уравновешен тормозным моментом на валу M₁ и моментом M₀, идущим на преодоление механических потерь, то есть M=M₁+M₀=(P₂/Ω₂)+M₀ (Ω₂ - угловая скорость ротора). При ХХ M=M₀, с увеличением нагрузки вращающий момент также увеличивается, причём за счёт некоторого уменьшения частоты вращения ротора увеличение полезной мощности происходит быстрее, чем полезной мощности на валу двигателя.

I₁: Ток I₁, потребляемый двигателем, неравномерно изменяется с увеличением нагрузки на валу двигателя. При ХХ cosφ мал, ток имеет большую реактивную составляющую. При малых нагрузках на валу активная составляющая тока статора меньше реактивной составляющей, поэтому активная составляющая тока незначительно влияет на ток I₁, который определяется в основном реактивной составляющей. При больших нагрузках активная составляющая становится больше реактивной и изменение нагрузки вызывает значительное изменение тока I₁.

P₁: Зависимость потребляемой мощности изображается линией, незначительно отклоняющейся вверх при больших нагрузках, что объясняется увеличением потерь в обмотках статора и ротора с возрастанием нагрузки.

cosφ: При ХХ cosφ мал, порядка 0.2, так как активная составляющая тока статора, обусловленная потерями мощности в машине, мала по сравнению с реактивной составляющей, создающей магнитный поток. При увеличении нагрузки cosφ растёт, наибольшее значение 0.8-0.9, в результате увеличения активной составляющей тока статора. При очень больших нагрузках происходит некоторое уменьшение cosφ, так как вследствие значительного увеличения скольжения возрастает реактивное сопротивление обмотки ротора.

η: При ХХ η=0. С увеличением нагрузки КПД растёт, наибольшее значение достигает при такой нагрузке, когда потери мощности в стали и механические потери равны потерям мощности в обмотках статора и ротора, зависящие от нагрузки.

20. Пуск в ход асинхронных двигателей

Пусковые свойства двигателя

Пусковые свойства асинхронного двигателя оцениваются его пусковыми характеристиками:

а) величиной пускового тока Iп или его кратностью Iп/ I₁н;

б) величиной пускового момента Мп или его кратностью Мп/Мн;

в) продолжительностью и плавностью пуска двигателя в ход;

г) сложностью пусковой операции;

д) экономичностью пусковой операции (стоимость и надежность пусковой аппаратуры).

В начальный момент пуска скольжение s = 1, поэтому, пренебрегая током холостого хода, величина пускового тока I_п будет равна

I_п = U₁ / (√ [(r₁ + r’₂)² + (x₁ + x’₂)²]).

Следовательно, улучшить пусковые свойства двигателя можно путем увеличения активного сопротивления цепи ротора r’₂, так как в этом случае уменьшается пусковой ток и увеличивается пусковой момент. В то же время напряжение U₁ по-разному влияет на пусковые характеристики: с уменьшением U₁ пусковой ток уменьшается, что благоприятно влияет на пусковые свойства двигателя, но одновременно это вызывает уменьшение пускового момента. Возможность применения того или иного способа улучшения пусковых характеристик определяется условиями эксплуатации двигателя и требованиями, которые к нему предъявляются.

Практически используются следующие способы пуска: непосредственное подключение обмотки статора к сети (прямой пуск); понижение напряжения, подводимого к двигателю при пуске; подключение к обмотке ротора пускового реостата.

Прямой пуск применяется для двигателей малой и средней мощности. Обычно при прямом пуске действующее значение пускового тока превосходит номинальное значение в четыре - шесть раз.

Прямой пуск самый распространенный способ пуска в ход асинхронных двигателей. Недостатками его являются: большой пусковой ток и сравнительно малый пусковой момент, достоинство - простота.

Пуск асинхронного двигателя при пониженном напряжении применяют для двигателей большой мощности. Понижение напряжения может осуществляться тремя способами:

а) путем переключения обмотки статора при пуске с нормальной схемы "треугольник" на пусковую схему "звезда". В этом случае фазовое напряжение уменьшается в раз, что обуславливает уменьшение фазовых токов в раз и линейных токов в 3 раза. По окончании процесса пуска обмотку статора переключают на нормальную схему "треугольник".

Недостаток этого способа пуска состоит в том, что уменьшение напряжения в Ù₁/U₁н раз сопровождается уменьшением начального пускового момента Мп двигателя в (Ù₁/U₁н)² раз. Необходимое сопротивление реактора определяется по формуле:

xp = [U₁н(1 - Kp)]/KpIп,

где U₁н – номинальное (фазное) напряжение статорной обмотки;

Kp = I’п /Iп – отношение пускового тока статора при пуске к пусковому току двигателя при пуске непосредственным включением в сеть; обычно Kp = 0,65.

б) путем включения в цепь статора на период пуска добавочных активных или реактивных сопротивлений.

в) путем подключения двигателя к сети через понижающий автотрансформатор. Секции трансформатора в процессе пуска переключаются соответствующей аппаратурой.

Автотрансформаторный способ пуска, как и другие способы пуска асинхронных двигателей, основанные на уменьшении подводимого напряжения, сопровождается уменьшением пускового момента, так как величина последнего прямо пропорциональна квадрату напряжения. С точки зрения пусковых токов и пусковых моментов, автотрансформаторный способ пуска выгоднее реакторного, так как при одинаковом уменьшении напряжения пусковой ток при реакторном способе пуска уменьшается в U’₁ / U_1н раз, а при автотрансформаторном способе пуска – в (U’1 / U1н)2 раз. Но сложность пусковой операции и высокая стоимость аппаратуры несколько ограничивают применение автотрансформаторного способа пуска асинхронных двигателей.

Недостатком всех этих способов является значительное уменьшение пускового момента, который пропорционален квадрату приложенного напряжения. Поэтому пуск асинхронного двигателя при пониженном напряжении может применяться только при пуске двигателей без нагрузки.

Пуск с помощью пускового реостата применяется для двигателей с фазовым ротором. Этим способом можно осуществить пуск двигателя при и резко уменьшить пусковой ток. Двигатели с фазовым ротором применяют только при тяжелых условиях пуска (когда необходимо развивать максимально возможный пусковой момент), при малой мощности электрической сети или при необходимости плавного регулирования скорости вращения.