книги из ГПНТБ / Красник В.В. Повышение надежности и экономичности работы электрооборудования на предприятиях легкой промышленности

П о т е р и в а с и н х р о н н о м д в и г а т е л е . 1 Іотсри в машине переменного тока складываются из потерь в стали и переменных потерь в роторе и в обмотке статора. Механическими и дополни­ тельными потерями ввиду их малости можно пренебречь.

Относительная величина потерь в стали, в свою очередь, скла­ дывается из потерь на гистерезис

ипотерь от вихревых токов и

Так как магнитная индукция машины пропорциональна напря­ жению, то при его снижении у недогруженного электродвига­ теля потери в стали умень­ шаются.

Относительное значение пере­ менных потерь в обмотке статора и в роторе равно

с этим производят расчет для построения кривых электрических потерь Ар(у), которые для различных нагрузок электродвигателя типа А32-4 номинальной мощностью 1 кВт приведены на рис. 31.

Потери в электродвигателе растут, в основном, при увеличении загрузки привода (первое слагаемое в скобках формулы 61). Из семейства кривых на рис. 31 и из формулы (61) видно, что для ма­ лых загрузок (fi<0,5) при снижении напряжения потери в электро­ двигателе уменьшаются. Для обычных пределов изменения нагру­ зок в электроприводах предприятий легкой промышленности ((.1=0,64-0,8) электрические потери растут менее интенсивно, чем при полной нагрузке привода.

0,9

Так как относительное значение активного тока равно

а, у

а относительное значение реактивного тока

h= Y.

то формула (62) примет вид

Из формулы (54)

Подставив в формулу (64) значение h из формулы ( 6 3 ) , получим

C O S Ф О = 1 . (65)

Рис. 33. Номограмма для определения у при различ­

ных нагрузках (х на валу наиболее часто встречаю­ щихся на предприятиях легкой промышленности асин­

минальной мощностью 1 кВт. Из рис. 32 и формулы (65) видно, что при загрузках электродвигателей (ц, = 0,64-0,8) величина cos <р воз­ растает при снижении напряжения только до Y ^ 0 , 7 .

Для определения пределов регулирования подводимого напря­ жения, при которых обеспечивается повышение cos <р недогружен­ ного электродвигателя, помимо формулы ( 6 5 ) , можно пользоваться номограммой (рис. 3 3 ) , которая построена для асинхронных дви­ гателей общепромышленного применения с номинальными значе­ ниями cos ф, равными 0,86; 0,87; 0,88; 0,89 и 0,9.

Правила пользования номограммой следующие. При единой ор­ динате cos ср имеется ряд осей нагрузок \х для электродвигателей с различными номинальными значениями коэффициента мощности. Вместе с тем для этих же двигателей на номограмме представлены линии напряжения у, каждая из которых разбита на отдельные

нием соэф необходимо рассмотреть и закон изменения к. п. д. электродвигателя с тем, чтобы рост со&ф не происходил за счет уменьшения к. п. д., т.- е. за счет увеличения потерь активной мощности в приводе, так как этим путем нельзя повысить эконо­ мичность работы электропривода.

Коэффициент С учитывает какая часть полной мощности 5 исполь­ зуется для полезной работы электродвигателя.

Анализ изменения энергетических показателей асинхронного электродвигателя при регулировании подводимого напряжения для

наглядности удобнее производить по коэффициенту полной мощ­ ности с.

На рис. 34 показана графическая зависимость коэффициента

в результате увеличения cos фо, в то время как относительная вели­ чина к. п. д. (т]о) почти не изменяется.

В несущественном изменении относительного к. п. д. электро­ двигателя при изменении подводимого напряжения можно убе­ диться из следующих выражений (57) и (58):

Pi [ i ( l — S „ ) 1 — S H

т. е. при изменении напряжения, подаваемого к зажимам элек­ тродвигателя, относительная величина к. п. д. прямо пропорцио­ нальна относительной скорости его вращения.

Таким образом, анализ рабочих характеристик недогруженных асинхронных электродвигателей при изменении подводимого напря­ жения показывает, что несмотря на недогрузку электродвигателя автоматическим регулированием напряжения в строго ограничен­ ных пределах ( у ^ 0 , 8 ) М О Ж Н О получить номинальные с небольшим превышением значения cos ф.

3. Схемы с тиристорным управлением для повышения COS ф недогруженных электродвигателей

Если в каждую из фаз обмотки статора включить два встречнопараллельно соединенных тиристора (рис. 35, а), то изменением их угла открывания можно автоматически регулировать действующее значение напряжения на зажимах элек­

тельный полупериод. Кроме того, встречнопараллельное включение тиристора с диодом, помимо выполнения

основной функции регулирования, повышает надежность работы схемы в результате снижения обратного напряжения на тиристоре.

Больше того, по условиям работы асинхронных электроприво­ дов на предприятиях легкой промышленности с целью упрощения и удешевления схемы оказалось возможным включать тиристоры и

т М J

Рис. 36. Схемы управления асинхронного электродвигателя

стиристорним управлением:

а— включение тиристоров и диодов в две фазы обмотки статора;

б— включение тиристора и диода в одну фазу обмотки статора; в — мостовая схема включения одного тиристора с четырьмя диодами

Целесообразность применения той или другой схемы, ПОМИМО экономических соображений, определяется пределами изменения нагрузки приводных электродвигателей и возникновением высших гармонических напряжений и тока, зависящих от угла открывания тиристоров.

Проведенные исследования и проверка работы этих схем в про­ изводственных условиях показали их работоспособность и возмож­ ность повышения cos ф недогруженных асинхронных электродви­ гателей.

Схему с двумя тиристорами и двумя диодами, включенными встречно-параллельно в две фазы обмотки статора (см. рис. 36, а), можно использовать при значительных изменениях нагрузки на валу электродвигателя от ц=0,5 до [х = 0,85. При работе по этой схеме при упомянутых выше условиях регулирования наблюдается незначительное искажение кривой синусоидального напряжения во всех фазах обмотки статора. Ниже будет показано, что искажение кривой синусоидального напряжения в фазах с вентилями наблю­ дается лишь в области углов а—ф,

где <р — фазовый угол нагрузки двигателя, а а — угол открывания тиристоров.

В фазе без вентилей искажение кривой напряжения весьма не­ значительно и им можно пренебречь.

Схему с одним тиристором и одним диодом, включенными встречно-параллельно в одну фазу обмотки статора (см. рис. 36, б) можно использовать при стабильных ограниченных колебаниях на­

пользование всего лишь одного тиристора, к которому также не приложено обратное напряжение, помимо экономических сообра­ жений, повышает надежность работы этой схемы. Однако при ра­ ботепо этой схеме даже при небольших углах открывания тири­ стора, происходит интенсивное регулирование напряжения в обоих полупериодах протекания тока нагрузки. Поэтому мостовую схему целесообразно применять при больших стабильных недогрузках электродвигателей в пределах от ц,=0,5 до |л=0,7.

На рис. 37 показаны осциллограммы кривых тока и напряже­ ния в фазе А для схемы рис. 36, а при угле открывания тиристоров а = 60° и различных нагрузках на валу электродвигателя. На рис. 38 показаны осциллограммы кривых тока и напряжения для той же схемы рис. 36, а, но в фазе В без вентилей.

На рис. 39 показаны аналогичные осциллограммы, но для схемы рис. 36, в в фазе с вентилями (/) и в фазе без венти­ лей ( / / ) .

Во всех схемах рис. 36 величина напряжения, приложенного к нагрузке каждой из фаз обмотки статора, зависит от состояния тиристоров в других фазах. Минимальное искажение формы кри­ вой синусоидального напряжения наблюдается лишь в период раз­ ности углов а—ф.

В качестве примера рассмотрим работу электродвигателя по

няющееся на данном отрезке по экспоненте в результате индук­ тивности обмотки электродвигателя.

4. В интервале углов от а до 240° + ф к нагрузке фазы А опять приложено синусоидальное напряжение, так как концы всех фаз имеют по отношению к нулевой точке обмотки статора двигателя равные потенциалы.

5. В промежутке углов от 240°+<р до 240° + а , т. е. в интервале а—ф прекращается прохождение тока через тиристор Г2 и к на­ грузке фазы А приложена половина линейного напряжения двух других неотключенных фаз (0,5 (7А в).

6. При угле 240° + а открывается тиристор Т2 и напряжение на нагрузке А вновь принимает синусоидальную форму.

Форма кривой фазного напряжения на рис. 40, в аналогична и для других периодов прохождения тока нагрузки.

На рис. 41 показаны графические зависимости изменения фаз­ ных напряжений в трех фазах обмотки статора для схемы рис. 36, а при нагрузке электродвигателя ix=0,6 и угле открывания тиристо­ ров а = 72°.