Искусственные механические характеристики трехфазного асинхронного двигателя

Для получения искусственных механических характеристик необходимо исходя из выражения (16):

1 – ввести в цепь ротора дополнительное сопротивление (активное

или индуктивное);

2 - изменить подводимое напряжение (сети U₁);

3 – изменить частоту питающего тока (₁).

Первый способ.

Изменение сопротивления ротора (R 0).

Исходя из уравнения (17) значительно изменится вид характеристики, т.к. вводится дополнительное активное сопротивление

s_к=  s_к

при R₁R s_к =  s_к

при R₂R₁ и т.д. (см. рис.21).

М

М _max=М_пуск М_max

Рис.21 Вид механической

характеристики при изменении

сопротивления ротора

s^_к s^_к s_к s₀ s

Таким образом, при увеличении R механические характеристики будут «мягче» - более пологие. Будет изменяться и пусковой момент – он возрастает. Можно получить характеристику, когда М_п = М_max:

М_п = М_max при s_к = 1 =

При х₂₀=const и известном r₂ можно найти R_пуск.max.

Эти характеристики называют еще реостатными. Их легко получить на двигателе с фазным ротором для изменения частоты вращения ротора. В двигательном режиме с увеличением сопротивления ротора частота его вращения уменьшается, а в генераторном – увеличивается.

Второй способ – искусственные характеристики при изменении

напряжения сети (U₁ =var).

Известно, что М  с₂U²₁

При изменении напряжения сети изменение момента двигателя пропорционально квадрату напряжения. Поэтому асинхронные двигатели очень «чувствительны» к изменению напряжения в питающей сети.

Можно записать М U²₁

Если принять условие, что напряжение в сети снизилось и стало меньше U_н, т.е.

U^₁  U_н = U₁ ,

то М_п  U²₁ , а М^_п  (U^₁)²

при их отношении получим

Аналогично и максимальный момент уменьшится, т.е. снизится перегрузочная способность двигателя

С ледовательно, к недостаткам этого типа двигателей можно отнести большую чувствительность к изменению напряжения сети (рис.22).

М М_max

U_н=U₁

М_п

U^₁  U₁

М_п М_max



Рис.22 Вид механических характеристик при изменении напряжения

Третий способ – искусственные механические характеристики при изменении частоты промышленного тока (f₁=var)

Если ₁^₁=_н , то изменяется и форма характеристики. Это следует из выражения ₀ =

Следовательно, изменяется угловая скорость магнитного поля статора. Также меняется и максимальный момент двигателя

М_max =

т.к. х₂₀ = 2₁L_к

Примем все величины кроме частоты тока сети как постоянные, т.е.

с₃ = ,

тогда

М_max = (19)

т.е. максимальный момент находится в обратно квадратичной зависимости от частоты тока сети.

Также изменяется величина критического скольжения ротора, т.к.:

s_к= (20)

где c₄ = r₂/2 L_к

имеем обратную линейную зависимость (рис.23).

М ₁^ ₁

=_н

₁^_н

₀^ ₀ ₀^

s_к s_к s_к^ s

Рис.23 Вид характеристик при изменении частоты тока

Уравнение (16) удобно для анализа механических характеристик, но для расчетов оно не совсем удобно. Поэтому при расчетах график механической характеристики разбивают на два участка – рабочая ветвь считается линейной и рассчитывается по формуле Клосса

М = (21)

Это уравнение используется при расчете механической характеристики по каталожным данным.

Критическое скольжение рассчитывается по паспортным данным двигателя

s_к= (22)

Второй участок (пусковая ветвь) – считается неустойчивым режимом. Рассчитывается по формуле Гейлера

М = 2М_max(1 + ∑)

s/s_к + s_к/s +2∑ (23)

где ∑ = 1/s_к + s_к  2к

2(к  1) (24)

к = М_max/M_п (25)

По этим выражениям строится график механической характеристики двигателя.

Пуск асинхронного двигателя

При изучении возможных способов пуска асинхронных двигателей необходимо учитывать следующие основные условия:

1 – двигатель должен развивать пусковой момент больше момента сопротивления на валу машины, т.е. М_п М_тр

2 – величина пускового тока ограничивается допустимым током обмоток двигателя и сети;

3 – схема пуска должна быть по возможности простой, а количество и стоимость пусковых устройств – малыми.

При пуске в первичной цепи (обмотках статора) и вторичной (обмотках ротора) выделяется тепловая энергия, равная кинетической энергии приводимых во вращение масс.

Наиболее простым способом пуска двигателя с короткозамкнутым ротором является включение обмотки его статора непосредственно в сеть, на номинальное напряжение. Такой способ называется прямым (рис.23).

А

В

С

Рис.23 Прямой способ пуска

При этом способе пуска пусковой ток двигателя превышает номинальный в несколько раз - I_п= (4  7)I_н

Современные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором проектируются с таким расчетом, что они могут выдерживать прямой пуск. Поэтому, прямой пуск всегда возможен если сеть достаточно мощная и пусковые токи двигателей не вызывают недопустимо больших падений напряжения в сети (не более 10%), т.е. U_cети/U_н 0.1.

Современные энергетические сети обычно имеют такие мощности, что в подавляющем большинстве случаев позволяют осуществлять прямой пуск асинхронных двигателей. Поэтому, нормальным способом пуска двигателей с короткозамкнутым ротором является прямой пуск.

Условие, при котором двигатель успешно запускается

М_п = М_тр + М_изб (26)

где М_тр – момент трогания машины;

М_изб – избыточный момент.

Разделив обе части уравнения на М_н – номинальный момент двигателя, получим

М_п/M_н = М_тр/M_н + М_изб/M_н (27)

Обозначим: М_п/M_н = ₀; М_тр/M_н = _тр; М_изб/M_н = _изб

_тр – для некоторых машин представлен в справочниках. Для центро-

бежных насосов _тр= 0.3-0.5.

Практикой установлено, что двигатель запускается легко при

_изб = 0.25-0.3.

В маломощной сети потери напряжения при пуске большие. В момент пуска двигатель находится в состоянии короткого замыкания.

Тр Линия ЭД

U₁

Ū₁= Ī_пуск(z_тр + z_линии) + Ī_пускz_д (28)

где z_тр, z_линии, z_д – соответственно, кажущиеся (полные) сопротивления короткого замыкания трансформатора, линии и двигателя (одной фазы).

U₁ I_пуск(z_тр + z_линии) + I_пускz_д (29)

U = I_пуск(z_тр + z_линии) – потери напряжения в трансформаторе и линии при пуске.

U_д = I_пускz_д – напряжение на обмотках статора при пуске двигателя.

Тогда U = U₁ - U_д

или U% = - относительные потери напряжения

при пуске.

или U% =

(30)

фактические относительные потери напряжения в сети.

Из этого выражения видно, что потери напряжения при пуске двигателя в маломощной сети зависят только от сопротивлений линии, трансформатора, двигателя.

Фактические относительные потери не должны быть больше допустимых:

U_факт%  U_доп% (31)

1 – при наличии осветительных приемников - U_доп% = 10%;

2 – если двигатель работает в сети один - U_доп% = 20%. Потери напряжения подсчитываются из условия возможности запуска самого пускаемого двигателя при падении напряжения.

3 – при работе с другими двигателями - U_доп% = 10%. Допустимое падение напряжения подсчитывается из условия устойчивой работы уже работающих двигателей.