1.5. Приемники электроэнергии

Эффективность работы электроприемников, т.е. процесс преобразования энергии из одного вида в другой, зависит от качества электроэнергии, поступающей из сети. В свою очередь, качество электроэнергии и эффективность работы промышленных электрических сетей зависят от работы ЭП. Поэтому в курсе электроснабжения ЭП и потребители электроэнергии рассматриваются с точки зрения их совместной работы с электрической сетью. Они являются неотъемлемыми элементами этой сети. С этих позиций принимают следующую классификацию электроприемников и потребителей электроэнергии:

- асинхронные двигатели;

- синхронные двигатели;

- вентильные преобразователи энергии переменного тока в энергию постоянного тока (неуправляемые и управляемые выпрямители);

- электротехнологические установки;

- установки электрического освещения.

Рассмотрим характеристики и особенности асинхронных и синхронных двигателей с точки зрения их совместной работы с электрической сетью.

1 .5.1. Асинхронные электродвигатели

На рис. 1.1 приведены механические (а) и рабочие (б) характеристики асинхронного двигателя (АД), на рис. 1.2 – его статические характеристики. Рассмотрим их подробно. Известно, что момент АД, равный

(1.3)

где Ф_м - магнитный поток; - ток короткозамкнутого ротора, приведенный к обмотке статора при скольжении S; - активное и индуктивное сопротивление обмотки заторможенного АД.

Основной поток АД Ф_м зависит от скольжения (рис. 1.1,а).

При холостом ходе (r_д - активное сопротивление, эквивалентное действию тормозного момента или мощности на валу двигателя) двигатель потребляет из сети ток причем = (активная и реактивная составляющие тока холостого хода).

При возрастании нагрузки на валу увеличивается скольжение, уменьшается значение r_д , увеличивается ток и угол ₂. В соответствии с (1.3) момент двигателя на начальном участке механической характеристики возрастает почти линейно с ростом , так как cos ₂ убывает при малых ₂ медленно.

При дальнейшем увеличении нагрузки cos ₂ в выражении (1.3) уменьшается быстрее, чем увеличивается , и момент начинает уменьшаться (рис. 1.1,а).

Зависимость от нагрузки на валу скольжения S, скорости вращения ротора n₂, тока статора I₁ , активной мощности Р₁, коэффициента мощности cos и КПД  (рабочие характеристики АД) показаны на рис. 1.1,б.

Работа двигателя зависит от величины напряжения на его зажимах U₁ (рис. 1.2). При уменьшении U₁ снижается величина Ф_м и ток . В соответствии с выражением (1.3) пропорционально квадрату напряжения уменьшается момент М и двигатель переходит на другую характеристику, лежащую ниже первой (рис. 1.1,а), увеличивается скольжение S , уменьшается r_д, увеличивается ₂ и уменьшается I_ . При небольшом (до 20%) снижении напряжения от номинального увеличение невелико. При этом уменьшение I_ приводит к снижению потребления из сети реактивной мощности. При большом уменьшении напряжения снижение r_д и увеличение ₂ вызывает ольшой рост потребления реактивной мощности, нежели ее уменьшение за счет I_ , и поэтому реактивная мощность двигателя возрастает.

Активная мощность двигателя при снижении напряжения уменьшается за счет уменьшения скорости вращения ротора и снижения величины I_а (активная составляющая холостого хода), хотя потери в меди возрастают за счет увеличения тока I_. При увеличении напряжения (относительно номинального) пропорционально квадрату напряжения возрастает реактивная мощность двигателя. Активная мощность также возрастает за счет некоторого уменьшения скольжения и увеличения потерь в стали (рис. 1.1,б).

Значительное снижение напряжения в сети, если не осуществить автоматического отключения АД, может вызвать нарушение устойчивости нагрузки - лавину напряжения. Поэтому магнитный пускатель, защищающий двигатель от перегрузки, «отпадает» при снижении напряжения сети, превышающем 20% .

При уменьшении частоты в сети активная мощность двигателя снижается из-за уменьшения скорости вращения ротора и потерь в стали. Реактивная мощность возрастает, так как уменьшается значение Х_о = wL (Х_о- индуктивное сопротивление, определяемое величиной Е1 - ЭДС, индуктируемой в обмотке статора основным потоком двигателя Ф_м, (Е1 = I_  Х_о, рис. 1.2).

При несинусоидальности питающего напряжения увеличиваются потери в стали двигателя, некоторые гармоники напряжения вызывают появление обратного вращающего момента, увеличивается скольжение, ток I_а и нагрев двигателя (потери в меди).

Несимметрия напряжения также вызывает дополнительный нагрев двигателя.