Zagryadtskiy_elektr_mashiny_2

Рассмотрим основные соотношения в конденсаторном двигателе.

Следовательно:

ϕA = ϕB.

90

Из векторной диаграммы определим рабочую емкость С:

U C =U A cos ϕA = I B xC = I B ωC,

откуда емкость конденсатора

C = I B ωU C = I B cos ϕB 2πf1 U.

Из векторной диаграммы можно получить выражение для коэффициента трансформации к:

tgϕA = U B = k,

U A

Из сказанного следует, что для того чтобы получить круговое вращающееся поле, двигатель должен иметь определенную емкость С и коэффициент трансформации к при определенной нагрузке. Если эти условия не выполняются, то в двигателе имеет место не круговое, а эллиптическое вращающееся магнитное поле. Величина емкости постоянно включенного конденсатора С, рассчитывается, исходя из условия получения поля при номинальной нагрузке двигателя. Для получения большого момента при пуске двигателя емкости рабочего конденсатора оказывается недостаточно. Поэтому на время пуска двигателя параллельно с рабочим включают пусковой конденсатор с емкостью Сп .

После пуска двигателя она отключается. Изменить направление вращения конденсаторного двигателя можно, если переключить конденсатор в другую фазу. Однофазные асинхронные двигатели относятся к широко распространенным электрическим машинам. Их применяют для привода мелких станков, центрифуг, компрессоров, насосов, вентиляторов, стиральных машин.

Конденсаторный двигатель закрытого обдуваемого и защищенного исполнения мощностью 550 Вт имеет КПД 74 % и коэффициент мощности равный 0,9.

Трехфазный двигатель можно использовать в качестве однофазного двигателя. Однако при работе от однофазной сети трехфазный двигатель может длительно развивать мощность не более 50…60 % его мощности в трехфазном номинальном режиме. Трехфазный двигатель может быть включен в однофазную сеть различными способа-

91

ки возбуждения сдвинута относительно оси короткозамкнутого витка в пространстве также на некоторый угол. Таким образом, созданы условия, при которых магнитное поле приближается к вращающемуся магнитному полю.

Двигатели с экранированными полюсами изготовляются только на малую мощность. Они нашли широкое применение в торговых автоматах, в программных механизмах.

Вопросы для самоконтроля

1.Как устроен асинхронный однофазный двигатель?

2.Осуществится ли пуск двигателя при одной рабочей обмотке?

3.Каково назначение конденсаторной фазы двигателя?

4.Какое вращающееся поле – эллиптическое или круговое – предпочтительно для работы однофазного двигателя?

5.При каких условиях в однофазном двигателе получается вращающееся магнитное поле?

6.Как изменить направление вращения однофазного двигателя?

7.Можно ли с помощью конденсатора получить вращающееся поле для нескольких нагрузок?

8.Чем опасен однофазный режим работы трехфазного двигателя?

9.Назовите наиболее распространенные схемы включения трехфазного двигателя в однофазную сеть?

10.Объясните, почему у трехфазного двигателя КПД выше, чем

уоднофазного двигателя?

1.18. Асинхронный генератор

В настоящее время асинхронные генераторы начинают находить все большее применение на автоматических гидростанциях малой мощности, в ветросиловых установках.

Конструктивно они не отличаются от двигателей. Как и двигатели, асинхронные генератора могут изготовляться на мощности в десятки сотен киловатт. Конструкция ротора АГ проще устройства ротора синхронного генератора. Ротор АГ может быть выполнен в виде массивного стального цилиндра без обмотки. Поэтому АГ, при необходимости, изготовляются на высокие частоты вращения – до

100000 мин−1 Генераторный режим можно осуществить двумя путями.

93

В первом случае к генераторному режиму можно перейти из режима двигателя. Для этого необходимо ротор (см. п. 1.4) привести во вращение первичным двигателем в ту же сторону с частотой вращения выше синхронной частоты вращения. В двигателе выполняется условие

n1 ,

в генераторе

n1

где

Асинхронные генераторы могут работать и в автономном режиме – без питающей сети. Необходимым условием возбуж-

дения автономного (самовозбуждающегося) АГ является наличие в цепи статора конденсаторов (рис. 1.49), генерирующих реактивную мощность, необходимую для получения вращающегося магнитного поля статора. Другим непременным условием является наличие остаточного магнитного потока в стали ротора.

При разомкнутой внешней цепи под действием остаточного по-

на обмотках статора устанавливается трехфазная симметричная система напряжений. Значение напряжения зависит, в конечном счете, от магнитной характеристики машины и емкости конденсатора. Можно подобрать конденсатор с емкостью так, чтобы номинальное напряжение асинхронного генератора равнялось напряжению машины в режиме двигателя.

Асинхронный генератор мощностью 15 кВт и напряжением 380 В при числе синхронных оборотов 750…1500 мин−1 для самовозбуждения требует конденсатор емкостью 120 мкФ; при работе с соsφ = 1 - 172 мкФ; при соsφ = 0,8 - 342 мкФ. Как видно из приведенных данных, индуктивная нагрузка на асинхронный генератор понижает коэффициент мощности и вызывает резкое увеличение величины емкости конденсатора.

Для поддержания уровня напряжения генератора постоянным с увеличением нагрузки, необходимо увеличивать и емкость конденсаторов, т.е. подключать на зажимы статорной обмотки дополнительные конденсаторы. В качестве трехфазной батареи конденсаторов хорошо использовать устройства для компенсации реактивной мощно-

95

сти, предназначенные для улучшения соsφ в промышленных сетях. Электролитические конденсаторы для этих целей применять нельзя.

Вопросы для самоконтроля

1.Может ли в качестве асинхронного генератора быть использован обычный короткозамкнутый двигатель соответствующей мощности без каких-либо переделок?

2.Какие необходимо выполнить условия для нормальной работы автономного асинхронного генератора?

3.Какие достоинства асинхронных генераторов Вы знаете?

4.Как работает автономный асинхронный генератор?

96

2.ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К КОНСТРУКЦИИ ДВИГАТЕЛЕЙ ОБЩЕПРОМЫШЛЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ. ИХ ПРИМЕНЕНИЕ У ПОТРЕБИТЕЛЕЙ

2.1.Номинальные режимы работы двигателей

Различают следующие основные номинальные режимы (нагрузка, которой подвергается электрическая машина) работы двигателей в соответствии с режимами работы приводимых исполнительных механизмов:

Продолжительный режим. Этот режим осуществляется при неизменной номинальной нагрузке, продолжающейся столько времени, что превышение температуры всех частей электрической машины при неизменной температуре окружающей среды достигают практически установившихся значений (рис. 2.1, а). Условное обозначение режима S1.

Кратковременный режим. Режим S2 предполагает, что периоды номинальной нагрузки чередуются с периодами отключения машины. При этом периоды нагрузки не настолько длительны, чтобы превышения температуры всех частей электрической машины при практически неизменной температуре окружающей среды могли достигнуть установившихся значений, а периоды остановки машины настолько длительны, что все части ее приходят в практически холодное состояние (рис. 2,1, б). Время длительности периода неизменной номинальной нагрузки 10, 30, 60 и 90 мин.

Рис. 2.1. Изменение мощности (нагрузки), потерь и температуры в режимах:

а) S1, б) S2, в) S3, г) S6

97

Повторно кратковременный режим. Режим S3 – режим, при котором кратковременные периоды неизменной номинальной нагрузки чередуются с периодами отключения нагрузки (паузами) (рис. 2.1, в). Рабочие периоды и паузы не настолько длительны, чтобы превышения температуры отдельных частей машины при практически неизменной температуре охлаждающей среды могли достигнуть установившихся значений.

Режим характеризуется величиной ПВ (относительной продолжительностью включения). В процентах ПВ равно

ПВ стандартизованы и составляют 15, 25, 40, 60 %.

Указанные режимы являются основными. Кроме них существуют и другие режимы [13]:

S4 и S5 – повторно-кратковременные с частыми пусками и электрическим торможением, S6 (рис. 2,1), S7, S8 – перемежающиеся режимы работы двигателей.

При заданных режимах работы асинхронным двигателям должны отвечать номинальные мощности, напряжения, частоты питания, частоты вращения.

Шкала регламентированных мощностей включает в себя двигате-

ли 0.12; 0,18; 0,25; 0,37; 0,55; 0,75; 1,1; 1,5; 2,2; 3,0; 4,0; 5,5; 7,5; 11; 15; 18,5; 22; 30; 37;. 45; 55; 75; 90; 110; 132; 160; 200; 315; 400; 500; 630; 800; 1000 кВт.

Номинальные напряжения для силовых двигателей трехфазного переменного тока составляют 220, 380, 660, 1140, 6000, 10000 В. Для микромашин могут применяться и более низкие напряжения.

Для асинхронных двигателей применяются следующие частоты переменного тока 50; 400; 1000; 10000 Гц. Для ряда специальных приводов могут применяться и дополнительные частоты.

Для наиболее распространенных асинхронных двигателей, работающих на частоте переменного тока 50 Гц, синхронные номиналь-

ные частоты вращения равны 100; 125; 150; 160,6; 187,5; 250; 300; 375; 500; 600; 750; 1000; 1500; 3000 мин−1.

98

2.2.Степень защиты от внешних воздействий

Васинхронном двигателе наиболее повреждаемой частью конструкции является обмотка. При попадании в нее посторонних твердых предметов возможна авария машины. Нежелательно также попадание металлической пыли, стружки, проволоки в подшипники. Это приводит к их преждевременному износу и выходу двигателя из строя.

Защиту двигателя должна обеспечить оболочка (станина и щиты) двигателя. Кроме механической защиты, оболочка должна защищать обслуживающий персонал от поражения электрическим током и вращающихся частей.

Для двигателей единой серии до 1000 В наибольшее применение находят две степени защиты IP44 (закрытая машина) и IP23 (защищенная машина). Для некоторых специализированных двигателей могут быть применены степени защиты IP54 и IP56. Степень защиты состоит из двух букв IP (первые буквы английских слов International Protection) и цифр.

Первая цифра обозначает степень защиты персонала от соприкосновения с находящимися под напряжением частями и от соприкосновения с движущимися частями, расположенными внутри оболочки, а также степень защиты от попадания внутрь машины твердых посторонних предметов. Вторая цифра обозначает степень защиты от попадания воды. Расшифровка происходит следующим образом.

Первая цифра 2 – защита от проникновения внутрь оболочки пальцев или предметов длиной не более 80 мм и от проникновения твердых тел размером свыше 12 мм. Цифра 4 – защита от проникновения внутрь оболочки проволоки и твердых тел размером выше 1 мм. Цифра 5 – проникновение внутрь оболочки пыли не предотвращена полностью, однако пыль не может проникать в количестве, достаточном для нарушения работы изделия.

Вторая цифра 3 – защита от капель дождя. Дождь, падающий на оболочку под углом 60º от вертикали, не должен оказывать вредного воздействия на изделие. Цифра 4 – вода, разбрызгиваемая на оболочку в любом направлении, не должна оказывать вредного воздействия на изделие, цифра 6 – защита от волн воды.

99