Zagryadtskiy_elektr_mashiny_2

Вопросы для самоконтроля

1.Как изменяются вторичные ЭДС, частота, индуктивное сопротивление при увеличении нагрузки двигателя?

2.Почему асинхронный двигатель не может развивать момент при синхронной частоте вращения?

3.Какой вид имеет механическая характеристика двигателя на рабочем участке?

4.Как скажется изменение величины питающего напряжения на величину номинального, пускового и максимального моментов?

5.Что такое электромагнитная, механическая и полезная мощности двигателя?

10.Может ли величина η двигателя быть равной 100 %?

1.13.Пуск в ход двигателей с короткозамкнутым ротором

При пуске двигателя необходимо, чтобы вращающий момент двигателя был больше момента сопротивления (момента исполнительного механизма). При этом частота вращения двигателя увеличиваются, и разгон двигателя происходит до тех пор, пока момент двигатели и момент исполнительного механизма не будут равны друг другу.

Пуск двигателя должен происходить, во избежание повреждения обмотки, при пониженных значениях пускового тока.

Немаловажное значение имеет время пуска двигателя. Максимальная величина пускового тока одинакова при пуске вхолостую, или под нагрузкой. Однако под нагрузкой двигатель дольше находится под воздействием пускового тока.

Чем больше кратность максимального момента, тем меньше время разгона. В условиях эксплуатации желательно, чтобы время разгона при номинальном и пониженном напряжениях имело наименьшее значение.

70

Для асинхронных двигателей при пуске характерно небольшое значение пускового момента и значительный пусковой ток. В настоящее время используют следующие способы пуска короткозамкнутых двигателей:

-прямой,

-при пониженном напряжении.

Прямой пуск. Это наиболее распространенный и вместе с тем надежный пуск. В этом случае обмотка статора двигателя мощностью 0,4…630 кВт общего назначения подключается к полному напряжению сети переменного тока с частотой 50 или 60 Гц. В первый момент пуска при неподвижном роторе двигатель попадает в режим короткого замыкания. Вращающееся магнитное поле статора индуктирует в неподвижном роторе ЭДС значительной величины, а полное сопротивление обмотки ротора – незначительно. Это сопровождается увеличенными значениями токов ротора и статора, что в свою очередь вызывает механический удар в двигателе и исполнительном механизме; приводит к срабатыванию релейных защит в случаях, не предусмотренных эксплуатацией машины. У двигателей общепромышленного назначения отношение пускового тока I п к номиналь-

ному току I н равно ki = I п I н = 4,5...7, где ki −коэффициент крат-

ности по току.

При таком значении ki кратность пускового момента составляет

величину гораздо меньшую (см. п. 1.11). Это является недостатком двигателя.

Пуск двигателей осуществляется при помощи магнитных пускателей или автоматов, при достаточной мощности источника напряжения.

Пуск при пониженном напряжении. Пуск при пониженном на-

пряжении имеет то преимущество, что при этом снижаются пусковые токи. Пуск двигателя можно осуществлять несколькими способами:

- Переключением обмотки статора, которая в рабочем состоянии включается по схеме «треугольник» (∆), а в пусковом режиме – на схему «звезда» (Y). В этом случае фазные напряжения и фазные токи двигателя уменьшаются в 3 , а пусковой момент снижается. Что касается линейных токов, то они уменьшаются в три раза. По окончании разгона, двигатель опять переключается на соединение ∆.

- Включением в цепь статорной обмотки добавочного сопротивления, активного или индуктивного (реактора). Данный способ пуска

71

используется для запуска мощных двигателей и позволяет ограничить пусковой ток. Как следует из формул (1.91) и (1.96), включение сопротивления в статорную обмотку ведет к снижению тока статора и к снижению вращающего момента двигателя. Синхронная частота вращения при этом не изменяется. После разгона двигателя, сопротивление шунтируется (замыкается накоротко).

- Пуск через устройство плавного пуска. В этом случае двигатель подключается к устройству плавного пуска, представляющего собой трехфазный тиристорный регулятор напряжения (рис. 1.30). Регулятор оснащен многофункциональной микропроцессорной системой импульсно-фазового управления. В каждой фазе питающей сети на-

ходятся два тиристора, вклю-

ограничиваются благодаря управлению эффективными значениями напряжения на зажимах двигателя. В результате этого происходит сокращение потерь энергии в обмотках двигателя в переходных режимах.

Устройство плавного пуска позволяет значительно снизить пусковой ток и избыточный пусковой момент во время запуска двигателя.

Сего помощью можно пускать двигатели до 315 кВт.

-Пуск при помощи автотрансформатора. При этом способе пуска двигатель подключается к сети через понижающий автотрансформатор. По мере разгона двигателя вторичное напряжение автотрансформатора увеличивают до номинального значения напряжения статора.

72

Двигатели с улучшенными пусковыми свойствами. Двигатели с улучшенными пусковыми свойствами применяются для приводов устройств с повышенными инерционными нагрузками во время пуска. К таким устройствам, например, относятся мельницы, дробилки, центрифуги компрессоры и т.п.

Повышение пускового момента может быть достигнуто, например, увеличением магнитного потока на 10 % по сравнению с величиной магнитного потока в двигателе базового исполнения.

Другой способ улучшения пусковых свойств заключается в применении двигателей со специальным ротором. К рассматриваемым двигателям относятся двигатель с двойной клеткой на роторе и двигатель с глубоким пазом. Они обладают повышенным пусковым моментом

ленных двигателей конструкцией обмотки ротора.

У двигателя с двойной беличьей клеткой на роторе располагаются две короткозамкнутые обмотки. Паз ротора такого двигателя показан на рис. 1.31. Стержни наружной обмотки 1 (ближайшей к воздушному зазору) из-за малого сечения имеют большое активное сопротивление. Индуктивное сопротивление невелико, т.к. поток рассеяния, создаваемый током стержня, пересекает два воздушных зазора, магнитное сопротивление которых значительно.

Внутренняя обмотка 2, наоборот, имеет небольшое активное сопротивлении ввиду увеличенного сечения стержня и повышенное индуктивное сопротивление благодаря тому что поток рассеяния, создаваемый током в нижнем стержне, пересекает воздушный зазор один раз.

Указанные свойства достигаются за счет конфигурации пазов, выбором расстояний между обмотками, материалом обмоток и другими способами.

При пуске двигателя, когда частота токов в роторе близка к частоте токов в статоре, ток в роторе протекает преимущественно в наружной обмотке, имеющей большое активное сопротивление. При этом пусковой ток снижается, а пусковой момент увеличивается. При

73

нормальной работе частота токов в обмотке ротора уменьшается по сравнению с током во время пуска, и ток ротора протекает, в основном, по внутренней обмотке.

Таким образом, наружная обмотка является пусковой обмоткой, а внутренняя – рабочей. Примером двигателя с двухклеточным ротором является двигатель марки ЭДКР В250LА4 мощностью 110 кВт с синхрон-

ной частотой вращения 1500 мин−1. Он имеет кратность максимального момента 3; кратность пускового момента 2,8; кратность минимального момента 2,4; кратность пускового тока 7,5. Область применения – привод скребковых и ленточных конвейеров, шахтных вентиляторов и т.д.

Двигатель с глубоким пазом (рис. 1.32) имеет ротор с одной короткозамкнутой обмоткой. Пазы ротора изготовлены в виде узких

и высоких пазов, отношение высоты паза h к его ширине b равно 15…20. На практике находят применение двигатели, в которых глубокие пазы чередуются с обычными пазами.

В первый момент пуска, при частоте токов в роторе равной частоте сети, магнитные силовые линии сцепляются, в основном, с нижними частями стержня, поэтому индуктивное сопротивление нижней части стержня выше, чем индуктивное сопротивление верхней части стержня. При этом ток I c , протекающий по стержню, распределяет-

ся по высоте стержня неравномерно, он вытесняется в верхнюю часть стержня в область повышенного активного сопротивления из-за уменьшенного сечения стержня. При этом пусковой момент увеличивается, а пусковой ток уменьшается.

После пуска частота токов в роторе уменьшается, и магнитный поток распределяется по высоте стержня примерно равномерно.

Двигатели с глубоким пазом ротора применяются, например, для привода дымососов, вентиляторов, шаровых мельниц. Так двигатель АДО – 800 – 6000-4УЗ на 800 кВт имеет кратность пускового тока 6, кратность пускового момента 1, кратность максимального момента 2,1.

Самозапуск двигателей. В электрических сетях в результате коротких замыканий случаются понижения напряжения или перерывы электропитания. При этом включенные в сеть асинхронные двига-

74

Пусковой линейный ток при соединении обмоток звездой

I пу = I п 3 = 515,55 3 =171.85А.

Вопросы для самоконтроля

1.Какие показатели характеризуют пусковой режим двигателя?

2.Какие способы пуска двигателей Вы знаете?

3.Расскажите о достоинствах и недостатках прямого пуска двига-

теля.

4.Объясните, почему при пуске двигатель с короткозамкнутым ротором потребляет большой пусковой ток?

5.Какие способы снижения пускового тока двигателя с короткозамкнутым ротором Вы знаете?

6.Как устроен двигатель с двойной короткозамкнутой клеткой

икак он работает в начале и конце пуска?

7.Как зависит пусковой ток от напряжения и частоты?

8.Как устроен двигатель с глубоким пазом и как он работает в начале и конце пуска?

9.Какие способы понижения напряжения при пуске двигателей Вы знаете?

10.Что такое самозапуск двигателей?

1.14.Пуск в ход двигателей с фазным ротором

Хорошими пусковыми свойствами обладают двигатели с фазным ротором, они развивают высокий пусковой момент при уменьшенном пусковом токе. Так у двигателей 4А с фазным ротором отношение максимального момента к номинальному моменту k м = M м M н =1,7...3,8.

Для двигателя с фазным ротором возможно выполнить условие равенства пускового и максимального моментов. Для этого в каждую фазу обмотки ротора через контактные кольца включают последовательно чаще всего активные сопротивления пускового реостата. С увеличением сопротивления по (1.98) и (1.100) увеличиваются критическое скольжение, пусковой момент, а пусковой ток из-за увеличенного сопротивления в роторной цепи уменьшается.

Обычно применяется пуск, при котором пусковое сопротивление Rп выводится ступенями, т.е. осуществляется ступенчатый пуск

76

(рис. 1.41). В начале пуска в фазы обмотки ротора включается сопротивление Rп4 , при этом двигатель начинает разгоняться по кривой 4.

При достижении частоты вращения n4 , часть сопротивления ротора отключается и в роторе остается сопротивление Rп3 . Двигатель переходит на характеристику 3. Далее отключается сопротивление Rп3 и в роторе остается сопротивление Rп2 . При переходе к частоте вращения n2 кольца ротора замыкаются накоротко специальным устройством, и двигатель работает как короткозамкнутый.

Вопросы для самоконтроля

1.Как можно увеличить пусковой момент и снизить пусковой ток

вдвигателе с фазным ротором?

2.Почему при введении в цепь ротора активного сопротивления во время пуска ток двигателя уменьшается, а момент увеличивается?

3.Можно ли двигатель с фазным ротором пустить как короткозамкнутый?

4.Может ли пусковой момент двигателя с фазным ротором равняться максимальному моменту?

1.15.Регулирование частоты вращения двигателя

Многие исполнительные механизмы, приводимые асинхронными двигателями, в зависимости от своего назначения, должны работать с различной частотой вращения. Регулировать частоту вращения двигателей можно несколькими способами. Воспользуемся выражением для частоты вращения ротора двигателя

Частотное регулирование. В этом случае, при постоянных значениях p и s, изменение частоты вращения двигателя пропорционально изменению частоты питающего напряжения. При плавном изменении частоты напряжения, частота вращения ротора меняется также плавно.

Теоретические расчеты и многолетний опыт эксплуатации двигателей позволил установить несколько законов частотного регулирования частоты вращения, при которых получаются высокие энергетические показатели двигателей.

77

инвертором И в переменное напряжение U 2 изменяемой частоты f 2

и амплитуды. Для формирования синусоидального переменного напряжения преимущественно используются автономные инверторы напряжения.

практические результаты. В настоящее время разработаны специальные серии частотнорегулируемых двигателей как общего применения, так и специального.

Частотный способ регулирования частоты вращения – это в настоящее время наиболее экономичный современный способ регулирования числа оборотов двигателя.

Рис. 1.36. Двухзвенный преобразователь частоты с АИН:

В – выпрямитель; Ф – фильтр; И – инвертор

Регулирование частоты вращения изменением числа полю-

сов. Регулирование числа оборотов изменением числа полюсов применимо только для короткозамкнутых двигателей. При этом регулирование получается не плавным, а ступенчатым.

79