12. Режимы работы асинхронной машины. Преобразование мощности, векторная диаграмма, уравнения и векторная диаграмма асинхронного двигателя.

При 1>S>0 магнитное поле статора, вращаясь относительно ротора, наводит в обмотке ротора ЭДС. Под действием этой ЭДС в короткозамкнутой обмотке ротора потечет ток, сдвинутый относительно ЭДС на некоторый угол. Активная составляющая тока ротора совпадает по фазе с ЭДС и силы, обусловленные этой составляющей, будут действовать на стержни ротора в направлении вращения поля. Машина работает в режиме двигателя. Результирующий электромагнитный момент от реактивной составляющей тока ротора равен нулю.

Для получения генераторного режима необходимо увеличить частоту вращения ротора выше синхронной. При этом направление ЭДС и активных составляющих токов в стержнях меняется на противоположное, а следовательно, меняется и направление действия сил (рис. 4.2, б).

В режиме электромагнитного тормоза ротор вращается в противоположном направлении по отношению к полю. Возникающий момент будет действовать против направления вращения ротора. При этом электрическая и механическая энергия преобразуются в машине в тепло. Данный режим используется для быстрого останова асинхронного двигателя.

Трансформаторный режим имеет место, когда ротор неподвижен (). Этот режим используется в асинхронных машинах с фазным ротором для получения регулируемого по амплитуде или фазе напряжения.

Наибольшее распространение получил двигательный режим работы асинхронной машины.

Процесс преобразования электрической энергии в механическую может быть представлен уравнением баланса активной мощности. На основании закона сохранения энергии процесс преобразования имеет вид

где Р1 - мощность, потребляемая двигателем из сети; рЭЛ.1 - электрические потери в обмотке статора; рСТ.1 - потери в стали магнитопровода статора; рЭЛ.2 - электрические потери в обмотке ротора; рСТ.2 - потери в стали сердечника ротора (в дальнейшем ими пренебрегают, т. к. при работе двигателя f2 ≈ 1…3 Гц и эти потери малы); рМЕХ - механические потери на трение, вентиляцию; Р2 - полезная механическая мощность на валу двигателя.

Векторная диаграмма асинхронного двигателя на основе схемы замещения

12. Пуск асинхронного двигателя.

Недостаток пусковых характеристик АД – большой пусковой ток и маленький пусковой момент.

Ток ротора при пуске:

Ток статора:

Пусковой момент: ,

- угол сдвига между потоком и током ротора при пуске.

Поскольку в пусковом режиме при f=50Гц индуктивное сопротивление >> активного, поэтому маленький. Следовательно, несмотря на большой пусковой ток, пусковой момент получится маленький.

Процесс разгона АД при пуске описывается и рассчитывается на основании уравнения движения привода:

,

М – электромагнитный момент двигателя

- ф-ла Клосса

- статический момент, =const (крановая нагрузка)

(вентиляторы, насосы, компрессоры)

– момент инерции движущихся масс

- ускорение.

В общем виде уравнение движения привода аналитически не решается.

Процесс пуска при отсутствии нагрузки на валу.

Из уравнения движения:

- постоянная времени разгона

практически равно экспоненте

В процессе разгона в обмотке статора и ротора протекает

повышенный пусковой ток и происходят потери энергии:

- потери в меди

Если считать , то потери энергии , что

представляет собой кинетическую энергию. Т.о. потери энергии в роторе в процессе пуска равны кинетической энергии ротора.

Пуск АД с короткозамкнутым ротором.

Применяются способы пуска:

Прямой пуск

Пуск при пониженном напряжении (реакторный, автотрансфор-маторный или пуск с переключением обмоток с на Y)

Частотный пуск

Применение специальных АД с повышенным пусковым моментом.

1) Прямой пуск применяется когда прямой ток меньше либо равен допустимому току сети и момент на валу при пуске больше момента сети.

2) Если , то применяется пуск при пониженном напряжении. Для уменьшения пускового тока снижают напряжение пропорционально: - кратность снижения напряжения. Это осуществляется с помощью реактора или автотрансформатора.

а) Реактор – катушка индуктивности, которая включается последовательно с двигателем.

По окончанию разгона катушка закорачивается.

Пусковой ток при пониженном напряжении снижается

пропорционально снижению напряжения.

П уск возможен если

1 – естественная механическая характеристика

при номинальном напряжении

2 – механическая характеристика при реакторном

Пуске ( )

3 – при трансформаторном пуске

б) Автотрансформатор намного дороже чем пусковой реактор

С помощью АТ обеспечивается снижение напряжения на двигателе

во время пуска. После окончания пуска он должен быть выведен, но

без закорачивания обмоток.

Пусковой ток первичной обмотки при пониженном напряжении

- коэффициент трансформации трансформатора

Если автотрансформаторный пуск невозможен.

в ) Снижение напряжения с переключением обмоток с на Y (возможно только для двигателей нормально работающих при соединении в ).

Положение 1 - , положение 2 – Y;

При соединении обмоток в Y фазные напряжения уменьшатся в раз,

а сопротивления между линейными зажимами увеличатся в раз.

Пусковые токи и пусковой момент снижаются в 3 раза.

3) Частотный пуск. Пусковой преобразователь

частоты является наиболее дорогим преобразователем

частоты. Используется тогда, когда он же служит для

регулирования частоты вращения.

4) Специальные АД с повышенным пусковым моментом.

а) Двухклеточный: Статор и обмотка статора не

отличаются от обычного АД. На роторе располагается

двойная беличья клетка, которая состоит из рабочей и

пусковой клеток. Сечение П > Р.

- потокосцепление пусковой, рабочей клетки.

При пуске f2=f1=50Гц индуктивное сопротивление

>> активного, причем Хр>>Хп , сл-но ток вытесняется

В пусковую обмотку. Она имеет большее активное сопро-

тивление (Rп>>Rр) и создает большой пусковой момент:

б ) Глубокопазный.

- собственные потокосцепления эл-тов паза

(созданные токами эл-тов паза).

В начальный момент пуска, когда частота = 50 Гц

индуктивное сопротивление >> активного. Сл-но ток

вытесняется на поверхность паза.

И двухклеточные и глубокопазные двигатели назы-

вают АД с вытеснением тока в роторе. Они характеризуются

меньшим пусковым током по сравнению с обычными двигателями:

Iп=(4..5)Iн

Мп=(1,8..2,2)Мн

Пуск АД с фазным ротором.

Д ля ограничения пускового тока и увеличения пускового момента в цепь фазного ротора вводят пусковой реостат, который может состоять из нескольких ступеней.

КК – контактные кольца

К – контакты контактора (двухступенчатый)

В процессе пуска вначале вводится полное сопротивление реостата

. В процессе разгона замыкают контакты К1. В цепи ротора остается

сопротивление . При дальнейшем разгоне замыкают К2, после чего

дальнейший разгон происходит в соответствии с естественной механической характеристикой.

Для точки 1 (момент включения)

Двигатель развивает максимальный Мп и разгон

осуществляется в соответствии 1-0. По мере разгона

доходим до точки 2. В этой точке замыкают контакт

К1, в цепи ротора остается сопротивление , кото-

рому соответствует реостатная механическая хар-ка с

критическим моментом (точка 3). Далее разгон проис-

ходит от 3 к 4. Когда момент снижается до величины

Мпmin (точка 4) замыкаются контакты К2, реостат

полностью закорочен, момент двигателя увеличивается

до точки 5, где S=Sk (критическое скольжение).

Дальнейший разгон двигателя происходит по

естественной мех. хар-ке до точки 6. Точка 6 соответствует нагрузке на валу двигателя если он запущен вхолостую.

и можно найти на основании ф-лы Клосса:

Отсюда найдем . Скольжение в точке 4 определяется из ф-лы Клосса, где критическое скольжение =Sk3. Аналогично точки 3 определяется точка 5. Кол-во ступеней пускового реостата может быть 5, 7. Чем > ступеней, тем более плавный пуск и тем выше среднее значение пускового момента. Может быть и 1 ступень, которая ограничивает нач. пусковой ток и обеспечивает максимальный пусковой момент.