Пояснения к работе

Несимметричные режимы работы асинхронных двигателей возникают в следующих случаях: 1) при несимметрии напряжения сети; 2) при несимметрии сопротивлений в цепях статора и ротора; 3) при несимметричной схеме соединения обмоток двигателя. Такие режимы могут возникнуть вследствие неисправностей и аварий.

1. Обрыв линейного провода сети или перегорание одного из предохранителей (рис.6.1), является одним из наиболее распространенных аварийных режимов работы асинхронных двигателей. Независимо от схемы соединения обмоток статора двигатель переходит в однофазный режим. При этом магнитное поле статора не вращающееся, а пульсирующее. Оно может быть разложено по методу симметричных составляющих на два круговых вращающихся поля, которые имеют одинаковую частоту вращения n_1, но вращающихся в разные стороны.

Поле, направление вращения которого совпадает с направлением вращения ротора, называется прямым. Скольжение ротора относительно этого поля определяется выражением

Поле, направление вращения которого противоположно вращению ротора, называется обратным. Скольжение ротора относительно этого поля

Магнитные поля прямой и обратной последовательности наводят в обмотке ротора соответствующие ЭДС, Которые в замкнутой обмотке создают токи прямой и обратной последовательностей. Эти токи взаимодействуют с полями прямой и обратной последовательностей и создают электромагнитные вращающие моменты прямой М_ПР и обратной М_ОБР последовательностей:

,

где R₂₁=R₂₂ .

На ротор машины действует результирующий вращающий момент

Анализ механических характеристик (рис.6.2) показывает, что при S_ПР=1 имеем М=0, т.е. отсутствует пусковой момент. Чтобы двигатель развернулся, его требуется раскрутить внешней силой в ту или другую сторону. При обрыве линейного провода во время работы двигателя ротор продолжает вращаться в том же направлении, потребляя из сети больший ток. Двигатель с отключенной фазой может работать долго при нагрузках в раз меньших, чем номинальная нагрузка в симметричном режиме.

К-50

К-50

V

A

W

V

A

W

В1

С₁

С₂

С₃

С₁

С₂

С₃

В

В2

С₄

С₅

С₆

С₄

С₅

С₆

а)

б)

Рисунок 6.1. - Схемы для исследования работы асинхронных двигателей

при обрыве фазы статора.

Работа асинхронного двигателя при обрыве одной фазы статорной обмотки, соединенной в звезду, аналогична вишесказанному.

2. Схема открытого треугольника возникает при обрыве одной из фаз обмотки статора (размыкании В2), соединенной в треугольник (рис.6.1,б). Магнитное поле, которое создается обмоткой статора, вращающееся эллиптическое (рис.6.3); на установившейся части механической характеристики создает вращающий момент, немного меньший от момента при нормальной работе. Пусковой момент малый, что затрудняет условия пуска, в отдельных случаях двигатель может не развернуться.

При продолжительной работе двигателя нагрузка на его валу должна быть снижена до 70% от номинальной.

3. Асинхронный двигатель с несимметричным сопротивлением в цепи ротора.

Несимметрия ротора создается в случаях:

1) обрыв стержней обмотки короткозамкнутого ротора;

2) обрыв обмотки фазного ротора;

3) неравность дополнительных сопротивлений в цепи фазного ротора.

В обмотке ротора возникают токи прямой I₂₁ и обратной I₂₂ последовательностей частотой S^.f₁. Токи прямой последовательности ротора и статора создают общее прямое поле, которое во взаимодействии с током I₂₁ создает вращающий момент прямой последовательности М_ПР (рис.6.5).

Токи I₂₂ создают поле, которое вращается с частотой n_2Р=S^.n₁ относительно ротора в обратном направлении, а относительно статора с частотой

n_2C= n₂- n_2P= n₁(1- S₁)- n₁S=(1-2S₁) n₁

и наводят в статоре ток I₁₂ с частотой

f_2C = (1-2S₁) f₁ ,

которые замыкаются через сеть, и при малых S_1, вызывают биение тока. Наложение токов вредно відбивається на других потребителях, питающихся от этой сети.

Биение тока частотой f₁-f₁(1-2S₁)=Sf₁ вызывает колебание стрелки амперметра, включенного в цепь статора.

Токи обратной последовательности I₁₂ статора создают поле обратной последовательности, которое, взаимодействуя с токами I₂₂, создает электромагнитный момент обратной последовательности М_ОБР (рис.6.5).

Результирующий электромагнитный момент на валу машины

график которого представлен на рис.6.5.

К-50

W

В

V

R_П

Рисунок 6.4. - Схема для исследования работы асинхронного двигателя

при обрыве фазы обмотки ротора.

Как видно из рис. 6.5, двигатель имеет две области устойчивой работы: при S=S_Н и при . Если обрыв фазы ротора случился во время работы двигателя с нагрузкой меньше номинальной, то частота вращения ротора останется почти неизменной (точка «а» на рис. 6.5). Если нагрузка превышает номинальную, то двигатель будет вращаться с половинной частотой - на другой устойчивой части механической характеристики (точка «б»).

Если в цепь ротора вводить большое сопротивление и плавно выводить его при пуске в ход двигателя (с небольшой нагрузкой на валу), то его можно вывести на основную устойчивую часть характеристики (точки «а»). При пуске с малым дополнительным сопротивлением или при резком уменьшении его двигатель «застряет» на половинной частоте вращения (точка «в»).