1_Modul_kruglikov

Из (4.57) следует, что при изменении нагрузки электрической машины ее КПД изменяется, как показано на рис. 4.25,6. При холостом ходе η = 0, так как полезная мощность Р2 отсутствует. При увеличении нагрузки КПД возрастает за счет увеличения Р2 , но одновременно быстрее, чем Р2 , возрастают переменные потери Рпер , поэтому при некотором токе Iкр увеличение КПД прекращается и в дальнейшем

номинальной. Во вращающихся электрических машинах средней и большой мощности это условие выполняется при нагрузках примерно 60% от номинальной.

При увеличении номинальной мощности относительная величина суммарных потерь уменьшается. Следовательно, должен возрастать и КПД машины. Эта закономерность проявляется во всех типах вращающихся электрических машин и в трансформаторах — машины большей номинальной мощности всегда имеют соответственно и больший КПД, и, наоборот, КПД машин малой мощности и микромашин обычно невелик. Так, например, КПД вращающихся электрических машин мощностью свыше 100 кВт составляет 0,92 — 0,96, мощностью 1 — 100 кВт — 0,7—0,9, а микромашин — 0,4—0,6.

КПД асинхронного двигателя можно определить из круговой диаграммы как отношение отрезков AF : АС (на упрощенной диаграмме, см. рис. 4.18,а) или AM : АС (на уточненной диаграмме, см. рис. 4.18,6). Однако для получения более точных результатов КПД рекомендуется определять путем расчета отдельных видов потерь.

14 ВОПРОС. ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ДИАГРАММА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ.

Все преобразования энергии и потери, которые происходят в асинхронном двигателе, можно иллюстрировать при посредстве так называемой "энергетической" диаграммы.

На рис.показана такая диаграмма в форме "потока энергии", который течет слева направо. Как видно из рис. этот "поток" состоит из ряда "рукавов". Притекающая к статору асинхронного двигателя из сети электрическая энергия Р1 изображена на рис.в виде потока наибольшей ширины. По мере течения направо главное "русло" этого потока делается все уже и уже.

"Рукав" потока VFe изображает потери железа в двигателе (токи Фуко и гистерезис). Рукав потока V1 = m1I12• r1 изображает потери меди в статоре.

Потери меди в роторе m2 • I22 • r2 изображены рукавом потока V2 и, наконец, рукав потока Vρизображает механические потери.

Таким образом притекающая к статору мощность Р1 оказывается больше тормозной мощности двигателя Р2 на величину суммарных потерь рис. На диаграмме рис. кроме того, очень наглядно представлены весьма характерные в теории асинхронных двигателей величины мощности Р'2 и Ps.

Рис. Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя

а) Мощность Р'2 есть мощность ротора; эта мощность меньше мощности, подведенной к статору, на величину суммы потерь VFe + V1 +V2; если из мощности

b) Мощность Ps носит обычно название мощности вращающегося потока; Ps равно сетевой мощности Р1 за вычетом суммарных потерь в статоре

VFe + V1.

Мощность Ps является, как будет видно ниже, весьма характерной величиной в теории асинхронных двигателей.

Процесс преобразования электрической энергии, подведенной к двигателю из сети, в механическую, снимаемую с вала машины, сопровождается потерями.

Наглядное представление о распределении подведенной к двигателю мощности дает энергетическая диаграмма (рисунок ).

Рисунок – Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя

Полезная механическая мощность Р2, снимаемая с вала двигателя , меньше РМЕХ на значение потерь внутри машины в виде механических потерь РМЕХ (трение в подшипниках, вентиляцию) и добавочных потерь РДОБ, возникающих при нагрузке:

РМЕХ – РМЕХ – РДОБ.

Добавочные потери являются следствием наличия высших гармоник в магнитном поле из-за зубчатого строения статора и ротора и из-за высших гармоник МДС. Данные потери трудно поддаются расчету и экспериментальному определению. Они обычно принимаются равными 0,5% подводимой мощности при номинальной нагрузке. При других нагрузках эти потери пропорциональны квадрату тока статора.

Номинальное значение полезной мощности Р2Н приводится на заводском щитке двигателя.

Коэффициент полезного действия асинхронного двигателя или

,

где – суммарные потери, .

КПД асинхронных двигателей достаточно высокий – от 0,7 до 0,95, причем КПД увеличивается с повышением мощности двигателя и с увеличением его частоты вращения

15 ВОПРОС. МЕТОД ПУСКА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ.

Способы пуска асинхронных двигателей Пуск асинхронных двигателей можно производить при полном напряжении (прямой пуск) и при пониженном

напряжении. Прямой пуск осуществляется при помощи рубильников, переключателей, пакетных выключателей, магнитных пускателей, контакторов и контроллеров. При прямом пуске к двигателю подается полное напряжение сети. Недостатком этого способа пуска являются большие пусковые токи, которые в 2—7 раз больше номинальных токов двигателей.

Наиболее простым является прямой пуск асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Пуск и останов таких двигателей производится включением или отключением рубильника (магнитного пускателя) и т. п. На фиг. 399 показана схема прямого пуска асинхронного короткозамкнутого двигателя. Пуск асинхронных двигателей с фазным ротором производится

ностью введено. В конце пуска реостат плавно выводится и закорачивается. Наличие активного сопротивления в цепи ротора при пуске приводит к уменьшению пускового тока и увеличению пускового момента. На фиг. 400 дана схема пуска асинхронного двигателя с фазным ротором.

Для уменьшения пусковых токов асинхронных двигателей уменьшают напряжение, подводимое к обмоткам статора двигателя.

Рассмотрим два способа пуска асинхронных двигателей при пониженном напряжении: с помощью переключателя со звезды на треугольник и с помощью автотрансформатора.

Пуск при помощи переключателя со звезды на треугольник. На фиг. 401 дана принципиальная схема включения обмотки статора с переключателем со звезды на треугольник. При пуске обмотка статора с помощью рубильника соединяется звездой и, как только двигатель разовьет максимально возможную для этого соединения скорость вращения, рубильник откидывается влево, обмотка статора оказывается включенной треугольником и двигатель получает возможность развить полную скорость. При этом способе пуска двигателя пусковой ток уменьшается в три раза. Поясним это на примере.

На фиг. 402, а схематически изображена обмотка статора, соединенная при пуске звездой. Пусть напряжение между линейными проводами двигателя равно 380 В, а следовательно, напряжение, приходящееся на фазу двигателя при пуске, будет:

Как видно из приведенного примера, линейный ток двигателя при соединении обмоток статора звездой в три раза меньше линейного тока двигателя, статорная обмотка которого соединена треугольником.

На фиг. 403 показана схема включения переключателя со звезды на треугольник в цепи статора асинхронного двигателя.

Рассмотренный нами способ пуска двигателя уменьшает пусковой ток в три раза, а так как согласно доказанному выше момент двигателя пропорционален току ротора и, стало быть, приближенно и току статора, то одновременно пусковой момент двигателя уменьшается также в три раза. Поэтому двигатели с таким способом пуска можно применять только в тех случаях, когда их пускают вхолостую или слабо нагруженными.

Само собой разумеется, что переключение обмотки статора со звезды на треугольник при пуске можно применять только для двигателей, нормально работающих по схеме треугольник.

Пуск при помощи автотрансформатора. Уменьшить напряжение, подводимое к двигателю, а вместе с этим уменьшить пусковой ток двигателя можно также при помощи автотрансформатора.

На фиг. 404, а показана схема пуска низковольтного асинхронного двигателя Д при помощи автотрансформатора AT. Фиг. 404, б изображает схему пуска высоковольтного двигателя. Здесь автотрансформатор AT имеет размыкаемую нулевую точку. Для пуска двигателя Д в ход включают масляный выключатель 1, замыкая тем самым нулевую точку автотрансформатора. Затем включают главный масляный выключатель 2; к двигателю через автотрансформатор подается из сети пониженное напряжение и двигатель трогается с места. При достижении двигателем максимально возможной (при данном соединении) скорости выключается масляный выключатель 1 и включается масляный выключатель 3. отчего двигатель получает полное напряжение сети и развивает нормальную скорость вращения.