Тема 1.2. Режимы работы асинхронных двигателей

Для описания режимов работы используется величина, называемая скольжением (s).

Скольжение это разность между частотой вращения магнитного поля n₁ и частотой вращения ротора n, отнесенная к частоте вращения магнитного поля:

, (1.4)

где (если n₁ в с^-1)

Режим двигателя

Соответствует диапазону частот вращения ротора: 0 < n < n₁ и диапазону скольжений: 0 < s < 1. При этом электромагнитный момент вращает двигатель в сторону вращения магнитного поля со скоростью меньше синхронной (n₁).

Если n= 0 и, следовательно, s=1, то режим называют режимом короткого замыкания. Этот режим используется для определения параметров двигателя, т.е. активных и индуктивных сопротивлений схемы замещения, описывающей электрическую и магнитную цепи асинхронной машины.

Режим генератора

Соответствует диапазону частот вращения ротора: n₁ < n и диапазону скольжений: -∞ < s < 0. При этом электромагнитный момент направлен в сторону, противоположную направлению вращения магнитного поля. Электромагнитный момент становится тормозным. Электрическая машина отбирает механическую мощность с вала приводного двигателя (например, ДВС) и преобразует ее в электрическую мощность, которая подводится к потребителю электроэнергии. Наблюдается при рекуперативном торможении АД.

Режим идеального холостого хода

Соответствует частоте вращения ротора n = n₁ и s = 0. При этом нет пересечения магнитным полем проводников ротора, поэтому ЭДС ротора равна нулю, ток в роторе отсутствует, электромагнитный момент не создается. Этот режим не является рабочим. Он используется для определения параметров ЭМ.

Режим противовключения (режим электромагнитного тормоза)

Соответствует частотам вращения ротора АМ n < 0 и скольжениям ∞ > s > 1, при этом ротор АМ вращается в противоположную сторону относительно магнитного поля. АМ переходит в этот режим, если при вращающемся двигателе сменить чередование фаз обмотки статора. После этого ротор по инерции продолжит вращаться в прежнюю сторону, а магнитное поле меняет направление вращения. Частота вращения ротора начинает интенсивно снижаться (процесс торможения двигателя) и если при n = 0 отключить питание, закончится торможение двигателя противовключением. Если питание не отключать, ротор сменит направление вращения, т.е. произойдет реверс двигателя.

Тема 1.2.1. Пуск асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором

Процесс пуска асинхронных двигателей наблюдается после подключения двигателей к источнику электропитания. Различают следующие способы пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором:

1) прямой пуск: обмотка статора двигателя подключается на номинальное напряжение сети. При прямом пуске токи могут превышать номинальные в 5-10 раз для двигателей мощностью более 1кВт, поэтому защиту от коротких замыканий «отстраивают» от пусковых токов, иначе двигатель может отключиться после подключения его к сети. Таким способом запускают двигатели до 100кВт. При большой мощности двигателей желательно ограничить пусковой ток, чтобы избежать недопустимых «просадок» напряжений сети при пусках таких двигателей.

2) пуск при пониженном напряжении можно осуществить с помощью реактора или вентильных (тиристорных) регуляторов напряжения.

а) реакторный пуск. При пуске двигателя последовательно с обмоткой статора включают пусковой реактор (ПР). За счет падения напряжения на ПР напряжение на статоре асинхронного двигателя уменьшается. Поэтому снижается пусковой ток двигателя. После разгона ПР шунтируют.

б) тиристорный пуск производится устройствами плавного пуска. Тиристорные регуляторы напряжения позволяют плавно изменять напряжение фаз статора и осуществлять бесконтактный пуск двигателя [1].

Достоинство тиристорного пуска: плавный регулируемый пуск с заданной кратностью пускового тока ( ).

Недостаток: появление в сети высших гармонических составляющих тока и напряжения, которые создают помехи при работе электронной аппаратуры. Для электромагнитной совместимости устройства плавного пуска с электронной аппаратурой необходима установка фильтров.

3) частотный пуск асинхронного двигателя: его применяют тогда, когда между сетью и двигателем включен преобразователь частоты для регулирования частоты вращения вала двигателя. Этим преобразователем плавно увеличивают частоту тока обмотки статора - от пусковой до номинальной. Двигатель разгоняется при значительном пусковом моменте и небольшом пусковом токе. Этот способ является самым энергетически экономичным, но дорог.