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

Большая величина пускового тока вызывает снижение напря­ жения в питающей сети, в обмотках трансформатора или генера­ тора, а также нежелательные удары в передаточных устройствах.

Снижение напряжения в питающей сети создает неблагоприят­

пускаемого прямым включением, зависит от мощности источника питания. При питании от трансформатора силовых и осветительных электроприемников рекомендуется включать электродвигатель, мощность которого не превышает 25% мощности трансформатора по схеме прямого пуска; если трансформатор питает только сило­ вые электроприемники, то мощность электродвигателя может сос­ тавлять 75% мощности трансформатора. Правила устройства элек­ троустановок (ПУЭ) 1 разрешают для привода торфяных машин подключать к трансформатору прямым включением короткозамк­ нутый электродвигатель, равный по мощности трансформатору. Для дизель-электрических установок с синхронными генераторами, имеющих компаундирующие устройства, возможен прямой пуск короткозамкнутого электродвигателя, соизмеримого по мощности с генератором.

При пуске прямым включением может оказаться, что пусковой момент короткозамкнутого электродвигателя недостаточен для раз­ гона. С целью улучшения пусковых характеристик применяют элек­ тродвигатели со специальным исполнением клетки ротора. Как уже отмечалось, новая Единая серия асинхронных электродвигателей А02 имеет модификацию с повышенным пусковым моментом АОП2. Значения пусковых моментов этих электродвигателей сос­ тавляют МПуск Ä; (1,7—1,9) Мн против МПуск ~ (1,1—1,5) Мн элек­ тродвигателей основного исполнения.

В тех случаях, когда прямое включение короткозамкнутого электродвигателя невозможно от полного напряжения сети, при­ меняют пуск при пониженном напряжении. Возможны следующие способы понижения напряжения на зажимах электродвигателя при пуске: включение в цепь статора активного и реактивного сопротив­ ления; применение понизительного автотрансформатора; переклю­ чение обмотки статора со звезды на треугольник. Достоинством перечисленных способов пуска при пониженном напряжении явля­ ется возможность снижения пускового тока. Однако пусковой мо­ мент при этом уменьшается пропорционально квадрату снижения напряжения. Поэтому эти способы пуска могут применяться толь­ ко там, где пусковой момент значительно меньше номинального, т. е. практически при пуске вхолостую.

Асинхронный электродвигатель с фазным ротором пускается в ход с помощью реостата, вводимого в цепь ротора электродвига­ теля посредством контактных колец и щеток. Введение сопротив­ ления в цепь ротора позволяет снизить пускозой ток до требуемой

1 Правила устройства электроустановок. Изд. 3-е. М., 1965.

50

величины и увеличить пусковой момент до значения максимального момента. Пуск производится при полностью включенных сопро­ тивлениях реостата. По мере нарастания скорости вращения элек­ тродвигателя сопротивление реостата постепенно уменьшается за счет переключения его ступеней. После окончания процесса пуска реостат замыкается накоротко.

Рис. 3-19. Схема пуска (а) и пусковая диаграмма (б) асинхронного элек­

тродвигателя с фазным ротором.

В .современном автоматизированном электроприводе выведение пусковых сопротивлений осуществляется путем замыкания ступе­

Расчет пусковых сопротивлений реостата наиболее просто и удобно осуществляется графическим • методом, сущность которого заключается в следующем.

На основании каталожных данных с помощью формул (3-13) и (3-14) строится естественная механическая характеристика элек­ тродвигателя (обычно устойчивая ее часть) в любом удобном мас­ штабе (рис. 3-19,6). Затем задаются наибольшим и наименьшим пусковыми моментами. Наибольший пусковой момент М\ обычно принимается' равным (0,8—0,85) Л4макс. Величина наименьшего пускового момента М2 должна быть несколько больше момента сопротивления, так как в противном случае электродвигатель не разгонится. Чем ближе М2 к М\, тем больше среднее значение пускового момента, что нежелательно для ускорения пускового процесса. Но, как следует из пусковой диаграммы рисунка 3-19,6, увеличение М2 вызывает увеличение числа ступеней сопротивления,

51

что невыгодно, так как потребует большего количества контакторов ускорения при автоматическом разгоне и большего числа контактов пускового реостата при ручном управлении. Обычно принимают 3—6 пусковых ступеней и из этого условия выбирают Л42.

Реостатные механические характеристики проводятся на пус­ ковой диаграмме последовательно, начиная с первой нижней. От­ резки аз, аж, ае... пропорциональны сопротивлениям роторной цепи и в масштабе для сопротивлений будут соответствовать сопротив­ лениям отдельных ступеней пускового реостата. Первой ступени соответствует отрезок аз, второй — аж, третьей — ае и т. д. Отре­ зок аб будет соответствовать внутреннему сопротивлению цепи ро­ тора Rp. Первая секция пускового реостата определится отрезком жз, вторая — еж, третья — де и т. д. Сопротивление реостата во всех положениях определится отрезком бз.

Пример 3-3. Рассчитать пусковые сопротивления для асинхронного элек­ тродвигателя с фазным ротором при пуске в шесть реостатных ступеней. Стати­ ческий момент на валу электродвигателя равен номинальному.

Каталожные и расчетные данные электродвигателя приведены в примере

3-2.

Р е ш е н и е . Наибольший момент ,прн пуске

Мі = 0,85 Ммакс = 0,85-1670 = 1420 Н м .

Наименьший момент при пуске подбираем опытным путем для получения шести реостатных ступеней:

Естественная и искусственные (реостатные) механические характеристики электродвигателя приведены на рис. 3-19, б.

Сопротивления реостатных ступеней <(Ом) определяются из выражений:

52

Общее сопротивление пускового реостата для одной фазы:

§ 3-4. Электромеханические свойства синхронных электродвигателей

Синхронные электродвигатели относят к группе практически нерегулируемых. Они применяются главным образом для приво­ дов средней и большой, мощности, не требующих регулирования скорости вращения, например для приводов компрессоров, насосов, вентиляторов. Преимуществом синхронного электродвигателя явля­ ется возможность работы с коэффициентом мощности, равным

Рис. 3-20. Механическая характеристика (а) и угловая характеристика (б) синхронного электродвигателя.

единице и даже с опережающим током, что позволяет осуществлять компенсацию реактивной отстающей мощности электроприемников. Синхронные электродвигатели стоят дороже асинхронных.. Целесо­ образность их применения оправдывается экономичностью, полу­ чаемой от компенсации реактивной мощности.

Всинхронном электродвигателе скорость вращения остается строго постоянной, не зависящей от нагрузки и величины тока возбуждения. Поэтому механическая характеристика синхронного электродвигателя <и=/(Л4д) представляет-прямую, 1параллельную оси моментов (рис. 3-20, а). Такая механическая характеристика называется абсолютно жесткой.

Вработе электроприводов с синхронными электродвигателями большое значение имеют так называемые угловые характеристики синхронного электродвигателя, которые представляют собой зави­ симость электромагнитного момента электродвигателя от угла сдвига оси полюсов ротора и полюсов вращающегося поля статора

53

При холостом ходе оси полюсов ротора и поля статора совпа­ дают: угол Ѳ=0 и Мд =0. При увеличении нагрузки угол Ѳ воз­ растает, соответственно будет возрастать и момент электродвигате­ ля. Максимальное значение момента Ммакс наступает при Ѳ=90°. По мере дальнейшего возрастания угла Ѳ момент начнет умень­ шаться, что соответствует выпадению электродвигателя из син­ хронизма и его остановке. Поэтому устойчивая работа электродви­ гателя возможна при углах Ѳ, не превышающих 90°. Учитывая возможные толчки нагрузки, обычно угол, соответствующий номи­ нальной нагрузке, принимается равным Ѳ„ =25—30 эл - град. При этом перегрузочная способность электродвигателя составит

Момент синхронного электродвигателя пропорционален первой степени напряжения, поэтому электродвигатель менее чувствителен к колебаниям напряжения сети, чем асинхронный. Перегрузочную способность синхронного электродвигателя в эксплуатационных условиях можно повысить увеличением тока возбуждения. Это поз­ воляет электродвигателю работать устойчиво при резких бросках нагрузки и при значительном снижении напряжения не выпа­ дать из синхронизма.

Для синхронного электродвигателя принципиально возможны все три способа торможения: рекуперативное, динамическое и противовключением. Практически используется только динамическое торможение. Рекуперативное торможение не применяется, так как при этом нельзя получить снижения скорости. Режим противовключения возможен, но в этом случае электродвигатель работает в асинхронном режиме, потребляя из сети большой ток. Так как пусковая (асинхронная) обмотка электродвигателя рассчитана на кратковременную работу и длительное протекание по' ней больших токов недопустимо, то такое торможение нежелательно.

При динамическом торможении синхронного электродвигателя к кольцам ротора подается постоянный ток, а обмотка статора за­ мыкается на сопротивление. Механические характеристики син­ хронного электродвигателя в этом режиме будут подобны характе­ ристикам асинхронного' электродвигателя при динамическом тор­ можении.

Пуск синхронного электродвигателя, как правило, осуществля­ ется аналогично асинхронному. Для этой цели на роторе, кроме обмотки возбуждения, имеется короткозамкнутая пусковая обмот­ ка: Пусковая обмотка имеет небольшой объем и рассчитана на несколько пусков, поэтому длительная работа электродвигателя в асинхронном режиме недопустима.

54

Процесс пуска синхронного электродвигателя происходит вна­ чале каку асинхронного, при отключенном возбудителе (рис. 3-21, а). При достижении скорости, близкой к синхронной (95—98% от нее), которую часто называют «подсинхронной», в обмотку возбуж­ дения подается постоянный ток и электродвигатель входит в син­ хронизм.

В процессе пуска обмотку возбуждения электродвигателя за­ мыкают при помощи размыкающего контакта контактора К (рис. 3-21, а) на активное сопротивление ДС, в 10—12 раз большее

Рігс. 3-21. Схема подсоединения обмотки ротора син­

сопротивления самой обмотки. Сопротивление ДС играет ту же роль, что и пусковой реостат в асинхронном электродвигателе с фазным ротором: оно уменьшает ток при пуске в обмотке воз­ буждения и увеличивает пусковой (входной) момент.

В зависимости от мощности питающей системы возможен пря­ мой пуск электродвигателя или пуск при пониженном напряжении с применением реактора или автотрансформатора.

Применяется также пуск синхронных электродвигателей с воз­ будителем, глухо соединенным с обмоткой возбуждения (рис. 3-21, б). Такой способ пуска применим для электроприводов, пускаемых вхолостую или с малой нагрузкой (приводы насосов, вентиляторов, компрессоров, дробилок, шаровых мельниц и др.). В конце процес­ са пуска напряжение возбудителя возрастает и обмотка ротора оказывается включенной на его полное напряжение.

При пуске с подключенным наглухо возбудителем управление синхронным электродвигателем становится таким же простым, как и управление асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором. Это позволяет более широко применять синхронные элек­ тродвигатели в практике нерегулируемых электроприводов.

55

§ 3-5. Электромеханические свойства электродвигателей постоянного тока независимого (параллельного) возбуждения

Механические характеристики электродвигателей параллель­ ного возбуждения. Схема включения электродвигателя 'параллель­ ного возбуждения приведена на рис. 3-22. Обмотка возбуждения электродвигателя присоединяется параллельно к зажимам якоря.

аФ

56

Для получения механической характеристики необходимо зна­ чение тока заменить его выражением из формулы для момента. Электромагнитный момент выражается формулой

pN

где а= — коэффициент момента электродвигателя, ФІ 2nd зависящий от конструктивных парамет­

ров машины.

Заменив в выражении (3-27) значение тока через момент, по­ лучим уравнение механической характеристики co=f(Ma)

Если частота вращения дана в оборотах в минуту, то э.д.с. электродвигателя можно представить как

Е = \£ ^ — пф = СЕ пФ.

60а

Тогда уравнение механической характеристики будет иметь вид:

57

а2Фй

скоростями ыо и со, т. е.

Эта разность называется перепадом скорости. Перепад скоро­ сти определяет наклон механической характеристики. При номи­ нальном моменте величина <Дсон при отсутствии дополнительного

.сопротивления в цепи якоря, т. е. для естественной характеристики,

— режим электродвигателя; б, в, г — тормозные режимы, соответственно рекуперативный, протнвовключеннем, динамический.

имеет малое значение (порядка 3—7% от скорости идеального хо­ лостого хода), поэтому механическая характеристика будет иметь дебольшой наклон (рис. 3-23). Такая характеристика называется жесткой. Следовательно, характерным для электродвигателя неза­ висимого возбуждения является жесткость его естественной меха­ нической характеристики.

Механические характеристики электродвигателей независимо­ го возбуждения в тормозных режимах. Электродвигатели незави­ симого возбуждения имеют три способа электрического торможе­ ния (рис. 3-24): рекуперативное (рис. 3-24,6), противовключением (рис. 3-24, б) и динамическое (рис. 3-24, г).

Рекуперативное торможение возможно в крановых и других 'приводах при спуске тяжелых грузов, когда скорость вращения ю превышает скорость идеального холостого хода а>о. При этом E>U, и ток якоря меняет свое направление на обратное. Электродвига­ тель становится тормозным устройством, обеспечивающим постоян­ ную скорость вращения, і

При переходе электродвигателя в рекуперативный режим тор- ;МОжения электрическая схема включения не претерпевает измене­ ний; поэтому с учетом сказанного в отношении изменения направле-

■58

Механические характеристики в рекуперативном режиме явля­ ются продолжением характеристик двигательного режима и распо­ лагаются во втором квадранте (рис. 3-25, линия 3 и 4).

Торможение противовключением создается в процессе реверса электродвигателя, а также возможно в установках с активным статическим моментом, например в подъемных механизмах, когда электродвигатель включен на подъем, но под действием статиче­ ского момента, созданного грузом, вращается в сторону спуска.

Уравнение механической характеристики для режима противовключения определяется выражением

В режиме противовключения э.д.с. и напряжение совпадают по направлению. Поэтому ток якоря определится из равенства

R

59-