книги из ГПНТБ / Кузнецов Б.В. Электрооборудование и электроснабжение торфопредприятий учеб. пособие

пусковым током / пуск, характеризуемым отношением

и

плавностью пусковой операции, определяемой допускаемыми, при пуске толчками тока;

временем пуска в ход; экономичностью операции, определяемой, с одной стороны,

стоимостью пусковой аппаратуры, с другой — стоимостью теряемой при пуске электроэнергии.

Основное значение для оценки пусковых характеристик имеют величины пускового тока и пускового момента. Они особенно су­ щественны для асинхронных короткозамкнутых электродвигателей-

§ 3-3. Электромеханические свойства трехфазных асинхронных электродвигателей

Принцип действия и основные режимы работы асинхронной машины. Трехфазные асинхронные электродвигатели широко используются в торфяной промышленности. Наибольшее распро­ странение получили асинхронные короткозамкнутые электродви­ гатели. Электродвигатели с фазным ротором применяются в основ­ ном для некоторых механизмов передвижных торфяных машин (кузов СКС, стилочные машины).

Широкое распространение асинхронных электродвигателей объясняется простотой их устройства, надежностью и экономич­ ностью. Особенно просты и надежны короткозамкнутые электро­ двигатели. Наряду с достоинствами асинхронные электродвигатели имеют существенные недостатки: отсутствие простых способов ре­ гулирования скорости вращения в широких пределах, что приводит к необходимости применять в сложных электроприводах электро­ двигатели постоянного тока; квадратичную зависимость момента от напряжения (МД= С/2), что значительно ухудшает работу электро­ двигателя при снижении напряжения в сети; малоудовлетвори­ тельные пусковые характеристики —• небольшие пусковые моменты при больших пусковых токах (короткозамкнутые электродви­ гатели) .

Работа трехфазного асинхронного электродвигателя основана на принципе вращающегося магнитного поля, создаваемого трех­ фазным током, протекающим по обмоткам статора. Поле статора перемещается в пространстве с угловой скоростью (йСІШ, называе­ мой синхронной скоростью:

2л f

(3-7)

Р

или

60/

(3-8)

Р

'30

где f — частота тока статора, гц\

р — число пар полюсов обмотки статора; пст— синхронная частота вращения поля статора, об/мин.

Вращающееся магнитное поле, пересекая обмотки статора и ротора, индуктирует в них э. д. с. Э. д. с. статора 'совместно с паде­ нием напряжения уравновешивает приложенное, напряжение. Э. д. с. ротора создает в замкнутых проводниках ротора ток, кото­ рый, взаимодействуя с полем статора, приводит к созданию элек­ тромагнитного момента, действующего по направлению вращения поля. Если этот момент достаточен для преодоления момента со­ противления на валу, то ротор придет во вращение. Скорость рото­ ра со будет несколько меньше скорости поля статора. Отношение

сети, приложить извне добавочный момент (по направлению вра­ щения ротора) такой величины, чтобы ротор стал вращаться со скоростью выше синхронной. В этом случае относительное дви-. жение проводников ротора в поле статора в сравнении с двигатель­ ным режимом изменится на обратное. В связи с этим изменится направление электродвижущей силы в проводниках ротора и со­ ответственно тока ротора, который, взаимодействуя с полем стато­ ра, создаст электромагнитный момент, который будет выполнять роль тормоза. Вырабатываемая при этом электрическая энергия поступает в систему. Такой режим торможения можно получить, например, в подъемных установках при опускании тяжелых грузов.

Асинхронная машина будет работать в тормозном режиме и в том случае, если ее ротор вращать с помощью постороннего источ­ ника механической энергии в сторону, противоположную направле­ нию вращения поля статора.. При этом движение проводников ро­ тора относительно поля статора в сравнении с двигательным ре­ жимом изменится на обратное так же, как и для случая режима генератора. Поэтому ток ротора, аналогично взаимодействуя с по­ лем статора, будет создавать тормозной момент. Такой режим

31

работы асинхронной машины называется режимом электромагнит­ ного тормоза (режим противотока или противовключения). .Прак­ тически он создается путем изменения направления вращения поля статора относительно направления вращения ротора, если пере­ ключить два каких-либо провода, подводящих ток к статору элек­ тродвигателя.

Конструктивное исполнение асинхронных электродвигателей. Выпускаемые отечественной электропромышленностью асинхрон­ ные электродвигатели имеют различное конструктивное исполнение, которое определяется в основном способом защиты электродвига­ теля от воздействия окружающей среды (защиты от воздействия пыли-, грязи, влаги, кислот и щелочей, взрывоопасных газов, высо­ кой температуры и т. п.) и характером сочленения электродвигателя

срабочей машиной (род монтажа).

Внастоящее время асинхронные электродвигатели выпускают­ ся по данным Единой серии, важнейшим достоинством которой является стандартизация шкалы мощностей и монтажных размеров.

Вдиапазоне мощностей 0,6—100 кВт выпускаются с 1964 г. асинхронные электродвигатели новой Единой серии А2 (взамен вы­ пускаемых с '1949 г. электродвигателей Единой серии А).

Новая Единая серия А2 состоит из девяти габаритов: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 и 9, различающихся размерами наружного диаметра сердечника статора. Каждый габарит имеет при данной скорости вращения две мощности и соответственно этому два номера длины сердечника статора. Следовательно, шкала мощностей состоит из 18 ступеней: 0,6—0,8—1,1—1,5—2,2—3—4—5,5—7,5—10—13—17 - 22—30—40—55—75—100 кВт.

Серия представляет собой два конструктивных параллельных ряда электродвигателей: защищенного исполнения — А2 (6—9 га­ бариты) и закрытого обдуваемого исполнения — А02 (1—9 га­ бариты),.

Электродвигатели в защищенном исполнении имеют защиту от случайного прикосновения к вращающимся и токоведущим частям, а также от попадания внутрь машины посторонних предметов и капель воды, падающих вертикально или под углом 45°.

Электродвигатели в закрытом обдуваемом исполнении пол­ ностью закрыты и предохранены от попадания внутрь машины мелких предметов и пыли, что дает возможность применять эти электродвигатели в пыльных или засоренных помещениях.

Новая Единая серия имеет основное исполнение — электро­ двигатели общепромышленного применения с короткозамкнутым ротором и электрические модификации: а) с короткозамкнутым ротором — электродвигатели с повышенным пусковым моментом, с повышенным скольжением, многоскоро-стные, для текстильной промышленности, с 'алюминиевой обмоткой; с фазным ротором.

Выпускаются также электродвигатели в специализированном исполнении: тропическом, химостойком; влаго- и морозостойком; малошумном; однофазном, а также встраиваемом с короткозамкну­ тым ротором и встроенным электромагнитным тормозом;

32

пакета статора. Цифра после черточки — число полюсов. Напри­ мер, МТ 112-6 означает: крановый электродвигатель с фазным ро­ тором, с изоляцией класса Е, первой величины, второй длины, шестиполюсный.

Рис. 3-6. Принципиальные схемы включения в сеть трехфазных асинхронных электродвигателей с фазным ротором:

а — звездоА; б — треугольником.

Принципиальные схемы включения электродвигателей в сеть трехфазного тока приведены на рис. 3-6.

Обмотки статора электродвигателя в зависимости от напря­ жения сети соединяются звездой или треугольником. Возможность

Y

Рис. 3-7. Соединение зажимов на щитке статора асин­ хронного электродвигателя при соединении обмоток статора звездой и треугольником.

изменения схемы соединения обмоток статора позволяет исполь­ зовать одни и те же электродвигатели в сетях с различными номи­ нальными напряжениями 127/220 В\ 220/380 В; 380/660 В. При низ­ ших напряжениях обмотки статора соединяются треугольником,

34':

при высших — звездой. Для возможности такого соединения на щиток машины выводятся шесть зажимов (рис. 3-7). Выводы обмо­ ток статора тестированы и имеют следующие обозначения:

При напряжении 500 В обмотки статора асинхронного электро­ двигателя соединяются звездой. При этом на щиток машины выво­ дятся три зажима, имеющие обозначения соответственно С1, С2 и СЗ.

Обмотки роторов обычно соединяются звездой. В мощных электродвигателях в целях снижения напряжения на контактных кольцах иногда применяется соединение обмоток ротора треуголь­ ником. Выводы обмоток ротора имеют обозначение PI, Р2, РЗ. Эти концы присоединяются к контактным кольцам ротора.

Механические характеристики асинхронных электродвигате­ лей. Из курса общей электротехники известно следующее уравне­ ние, которое позволяет построить и сделать анализ механической характеристики асинхронного электродвигателя:

Ммакс— максимальный вращающий момент (критический или опрокидывающий) электродвигателя, Н-м;

5 — скольжение;

sK— скольжение (критическое) соответствующее макси­ мальному моменту.

Приведенное уравнение называют приближенным уравнением механической характеристики асинхронного электродвигателя, так как при выводе его с целью упрощения не учитывалось активное

механическая характеристика асинхронного электродвигателя является прямой линией, имеющей слабый наклон. Эту часть ха­ рактеристики называют рабочей, или устойчивой, так как на ней электродвигатель работает в установившемся режиме.

Рис. 3-8. Естественная механическая характеристика асинхрон­ ного электродвигателя с короткозамкнутым ротором.

Второй участок, соответствующий скольжению от s= sK до s= 1, имеет гиперболический характер. Эта часть характеристики называется нерабочей, или неустойчивой, так как здесь электро­ двигатель работает в переходных режимах (пуск, торможение), характеризующихся протеканием больших токов.

Малый наклон естественной механической характеристики в рабочей ее части, т. е. малое изменение скорости или скольжения ротора при изменении нагрузки является характерной особен­ ностью асинхронного электродвигателя. Такие механические харак­ теристики, как известно, называются жесткими.

Жесткость механической характеристики .асинхронного элек­ тродвигателя объясняется тем, что окольжение ротора прямо про­ порционально активному сопротивлению ротора, которое выполня­ ется небольшим для уменьшения потерь в роторе и увеличения к.п.д. электродвигателя. Именно этим объясняется небольшая ве­ личина номинального скольжения асинхронных электродвигателей, составляющая в среднем около 4%.

В некоторых типах электродвигателей специально увеличи­ вают активное сопротивление ротора Rp .(электродвигатели с по­ вышенным скольжением АОС2) с тем,, чтобы получить более мяг-

37

кую механическую характеристику. Такие электродвигатели находят применение в маховиковых приводах, а также в ряде приводов металлорежущих и деревообрабатывающих станков при большом числе включений.

Для построения искусственных механических характеристик электродвигателя с фазным ротором в уравнениях (3-13) и (3-15) следует учесть внешнее сопротивление, включаемое в цепь ротора.

Если для естественной характеристики величина критического скольжения составит

т. е. критическое скольжение асинхронного электродвигателя про­ порционально сопротивлению цепи ротора.

естественной характеристикам.

Равенство (3-19) позволяет построить искусственную характе­ ристику по известной естественной характеристике для любого значения сопротивления цепи ротора Rp + ЯДб учитывая, что скольжения при заданном моменте пропорциональны сопротивле­ нию цепи ротора.

Величину сопротивления фазы ротора Rp можно определить

38

Пример 3-2. Для асинхронного электродвигателя с фазным ротором типа

характеристики. Искусственную характеристику построить при внешнем сопротив­

•Максимальный момент электродвигателя

Ммакс = ХМ„ = 2,2-760 = 1670 Н м.

Критическое скольжение

Естественная характеристика, построенная по данным этой таблицы, приведена на рис. 3-9 (характеристика 1).

Искусственную характеристику строят по естественной, поль­ зуясь соотношением (3-19). Для этого при тех же моментах (табл. 3-2) находят новые значения скольжения, соответствующие искус­ ственной характеристике:

39