Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Электр. машины. / Электрические машины - книги / Электрические машины - Учебное пособие

.pdf
Скачиваний:
99
Добавлен:
25.03.2016
Размер:
656.54 Кб
Скачать

Рис. 2.7. Механическая характеристика асинхронной машины

При анализе характеристики следует отметить два значения момента, важных с точки зрения эксплуатации. Это пусковой и максимальный моменты. Пусковой момент приближенно выражается (S=1) формулой

Mn

=

 

 

m U2

r'

 

 

 

(2.20.а)

 

 

 

1

2

 

 

 

 

 

n [(r +r )2

+(x + x

2

)2

]

 

 

0

1

2

 

1

 

 

 

Приближенное значение максимального электромагнитного момента в режиме двигателя

Mmax =

 

m U 2

 

(2.20.б)

 

 

1

 

 

 

 

 

 

n [r + r2

+(x + x

)2 ]

0

1

1

1

2

 

Этот момент в режиме двигателя появляется при так называемомкритическом скольжении

Sкр =

r'

 

 

 

(2.21)

2

 

 

 

 

 

 

 

 

r 2

+ (x

+ x

2

)2

]

1

1

 

 

 

Если пренебречь сопротивлениемr1, то

 

 

r'

 

(2.22)

S =

 

2

 

кр

(x + x'

)

 

 

1

2

 

 

Для практических построений механической характеристики пользуются формулами Клосса [4], которые позволяют, не имея параметров машины, построить зависимости М= f(S) по каталожнымданным.

Возьмемотношение (2.19) к (2.20,6)

 

M

2 r2 [r + r2 +(x +x' ) 2 ]

(2.23)

 

 

S

1

 

 

1

 

 

 

 

1

 

2

 

 

Mmax =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(r

+ r2 ) +

(x

 

+x'

 

)2

 

 

 

 

 

 

1

 

 

S

1

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Согласно (2.21)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r12 +(x1

+ x2' )2

 

=

 

 

r2'

 

 

(2.24)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sкр

 

 

 

Подставив (2.24) в (2.23). получим

 

 

 

 

 

 

 

M

 

2 (1+

 

r1

 

Sкр)

 

 

 

 

 

 

 

 

(2.25)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M max

 

S

+

 

Sкр

+2 r1 S

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sкр

S

 

 

 

 

 

r'

 

 

 

кр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приближенно принимаемr1≈ r2 и

r1

 

 

S

, тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r'

 

 

кр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M

 

=

 

 

 

 

 

2 (1+ Sкр)

 

 

(2.26)

 

 

 

Mmax

 

 

 

 

S

+

Sкр

 

+

2 Sкр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sкр

 

 

S

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если в (2.26) пренебречь Sкр в числителе и 2Sкр в знаменателе, то получим упрощеннуюформулу [9]

 

M

=

 

 

 

 

 

2

 

 

 

(2.27)

 

Mmax

 

 

 

S

+

Sкр

 

 

 

 

 

 

 

 

Sкр

S

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Откуда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M =

 

 

 

2 M max

 

(2.28)

 

 

 

S

 

+

Sкр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sкр

 

S

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Далее, задаваясь скольжением S от 0 до 1, по формулам (2.25) или (2.28) строитсямеханическаяхарактеристика двигателя.

Для крупных машин, у которых сопротивлением r1 можно

пренебречь, механическую характеристику можно строить по упрощеннойформуле (2.28).

Максимальноескольжениеможноопределить:

1)по параметраммашины (2.21);

2)поупрощенномусоотношениюSkp=5·SH, гдеSH - номинальноескольжение;

3)по приближенной формуле Sкр =Sн (λ + λ2 1) ,

гдеλ = M max перегрузочнаяспособность двигателя (принимает-

M н

сяпопаспортуили каталогу).

Момент асинхронного двигателя прямо пропорционален квадратунапряженияM=U2 .

Поэтому для построения механической характеристики при

изменении напряжения нужно максимальный Mmax и пусковой Мп моменты изменить пропорционально квадрату изменения подво-

димогонапряжения.

Механическая характеристика двигателя, построенная по уравнению(2.28), приведенанарис. 2.8.

Рис. 2.8. Механическая характеристика асинхронного двигателя

2.3.6. Пускасинхронныхдвигателей

А. Двигателисфазнымротором

Пуск в ход электродвигателей с фазным ротором производит-

ся с помощью резистора, включенного в цепь ротора (рис. 2.9). Такое включение уменьшает начальный пусковой ток и позволяет получить пусковой момент, близкий к максимальному моменту

двигателя. Ступени пускового резистора могут служить также для регулирования частоты вращения двигателя. В этом случае пуско-

регулируемые резисторы должны выдерживать безопасный для нихнагрев достаточно длительное время.

Рассчитывают эти резисторы двумя способами: графическим и

аналитическим.

Графический метод основан на прямолинейности механических характеристик в области рабочих скольжений. Вначале строитсярабочаячастьмеханической характеристики.

На вертикальной оси в определенном масштабе откладывают значения частоты вращения холостого хода nо, которые можно определить по формуле (2.1) или по паспортным данным.

Из точки, соответствующей номинальному моменту, проводят перпендикуляр Мна, откладывают на нем в масштабе значения частоты вращения ротора n1 и получают точку б (см. рис. 2.9).

Соединяя прямой точку б с точкой идеального холостого хода nо, получают естественную механическую характеристику двигателя nоб. Далее, задаваясь максимальным M1 и переключающим М2 пусковыми моментами, строим пусковые характеристики двигателя (рис. 2.9).

Для асинхронных электродвигателей обычно принимают М1=(1,8-2,5)Мн; М2=(1,1-1,2)Мн, где номинальный момент двигателя Мн в данном случае принимается равным нагрузочному Мс. т.е.Мнс.

Рис. 2.9. а - схема включения пусковых резисторов в цепь ротора; б - пусковые характеристики АД

Отрезок аб между горизонтальной прямой n1a и естественной механической характеристикой n1б соответствует внутреннему активному сопротивлению, Ом, обмоткиротора r2

r

=

Sн

R

(2.29)

2

 

100

2.н

 

 

 

 

 

где Sн - номинальное скольжение электродвигателя. %;

R2.Н - активное сопротивление неподвижного ротора. Ом.

R

=

 

Ep.н.

 

(2.29)

2.н

 

 

1,73 I р.н.

 

 

где Iр.н. - номинальный токротора. А;

Eр.н. - ЭДС между кольцами неподвижного разомкнутого ротора, В.

Электродвижущую силу между кольцами замеряют с помощью вольтметра при заторможенном роторе или принимают по каталогу.

Отрезок дг в масштабе сопротивлений дает величину первой секции пускового резистора. Отрезки дг, гв и т. д. соответствуют сопротивлениям отдельных секций пускового резистора в порядке ихзамыкания.

Масштаб для сопротивлений, Ом/мм, mс =rр/аб.

При аналитическом расчете необходимо помнить, что для асинхронных двигателей обычно принимают три-пять ступеней ускорения.

Если число ступеней неизвестно, то их можно определить

 

lg

10000

 

 

m =

 

Sн M1

 

(2.31)

 

 

lgλ

 

 

где m - число ступеней резистора;

M1 - максимальный пусковой момент в процентах от номинального;

SH - номинальное скольжение, %;

Λ= M 1/M 2 - отношение максимального пускового момента к переключающему.

Если число ступеней резистора известно, то λ можно определить по следующимформулам:

- для нормального режима пуска (задаемся моментомM 2)

λ = m+1

10000 ,

(2.32)

 

Sн M 2

 

где М2 задается в процентахот Мн:

- для форсированного режима пуска (задается моментом M1)

λ = m

10000

(2.33)

 

Sн M1

 

Сопротивление отдельныхсекций резистора каждой фазы:

r3 = rp (λ -1); r2, = r3· λ; r1 = r2· λ .

Б. Двигатели с короткозамкнутым ротором

Пусковой ток короткозамкнутого электродвигателя достигает 5 - 8-кратной величины номинального тока. При маломощной сети толчки тока вызывают значительное падение напряжения и тем самымотрицательно влияют на работу другихприемников.

Практически короткозамкнутые двигатели можно пускать в ход следующими способами:

-прямымвключениемв сеть на полное напряжение;

-переключениемпри пуске обмотки статора со звезды на тре-

угольник;

-введениемпри пуске в цепь статора активных и реактивных резисторов;

-помощью трансформаторов и автотрансформаторов и т. д. Прямое включение двигателя на полное напряжение обеспе-

чивает максимальный пусковой момент, но связано со значительными пусковыми токами, которые могут вызвать в сетяхбольшие

падения напряжения, величина которых зависит от соотношения между мощностями пускаемого в ход двигателя и питающего его трансформатора.

Пуск с помощью активного сопротивления в цепи статора применяют обычно для двигателей до 50 кВт; при большей мощности - с помощью индуктивного сопротивления.

В момент пуска в цепь каждой фазы обмотки статора включаются активные или индуктивные резисторы, которые шунтируются по достижении двигателем частоты вращения близкой к номинальной.

Резистор, включаемый в статорную обмотку, определяют заданными условиями снижения тока. Например, если требуется, чтобы ток при пуске с резистором составлял часть а от пускового токабезрезистора, то Iп.р. = α·Iп,

где Iп.р. - ток при включенном резисторе; Iп - ток при отсутствии пусковогорезистора.

Активное или индуктивное сопротивление резистора на фазу:

r =

( z

 

/α)2 х2

r

 

(для

дополнительного

активного

ре-

α

к

 

к

k

 

 

 

 

 

 

 

зистора);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x =

(z

к

/α) 2 r2

x

k

(для дополнительного индуктивного

 

α

 

 

к

 

 

 

 

 

 

 

резистора),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где Zk

= UH/(1,73-Iп) - полное сопротивление фазы двигателя при

пуске,

Ом;

Uн

-

 

номинальное линейное

напряжение

двигателя;

rк=zсоsφп

-

активное сопротивление фазы

двигателя

при

пуске,

Ом; xk=zk·sinφп - индуктивное сопротивление фазы двигателя при пуске. Ом;

cosϕ

n

= cosϕ

[

M n

 

 

ηн

 

+γ k

(1η

)]- (2-34)

 

 

S

) k

 

н

 

M

н

(1

i

н

 

 

 

 

 

 

 

 

н

i

 

 

 

- коэффициент мощности двигателя

при пуске;

 

 

ki = In - кратность пускового тока;

Iн

γ = 1 / 3 - отношение потерь в меди к номинальным потерям.

2.3.7. Торможение асинхронныхдвигателей

Динамическое торможение асинхронных двигателей заключается в том, что статор отключается от сети переменного тока и на

время торможенияподключается кисточнику постоянного тока. Постоянный ток создает в статоре неподвижное магнитное

поле, в котором поинерциибудетвращаться замкнутыйротор.

В обмотках ротора при этом индуцируется ЭДС и ток, т. е.

двигатель превращается в синхронный генератор с неподвижными полюсами, который обусловливает значительный тормозной момент, останавливающий двигатель. Тормозной момент зависит от

тока статора, а следовательно, от подводимого напряжения постоянного тока, сопротивлений статорной и роторной цепей, частоты

вращенияротора.

Для увеличения тормозного момента в обмотку ротора вводят

активное сопротивление или увеличивают значение постоянного тока, протекающегов цепистатора.

У электродвигателей с короткозамкнутым ротором начальные тормозные моменты малы и для их увеличения необходимо пода-

вать в статор постоянный ток, равный 4 - 5-кратному значению тока холостого хода. Для электродвигателей с фазным ротором эта величина снижается до (2-3)I. При этом тормозной момент обес-

печивается впределах(1,25-2,2)Мн.

Величину тока холостого хода в процентах о номинального

токаможно приближенноопределить по табл. 2.4.

Величину добавочного тормозного резистора, введенного в

обмоткуротора, можноопределитьпоформуле

r =(0,2 ÷0,4)

Eр.н.

(2.35)

 

д

1,73

I р.н.

 

 

 

Напряжение постоянного тока, подводимое к обмотке статора при различных схемах соединения обмоток (рис.2.10), определит-

ся:

для схемы(рис.2.10, a):

 

Uп= Iп·2·r1

 

 

для схемы (рис.2.10, б):

 

Uп= Iп·3·r1,

 

 

для схемы (рис.2.10, в, г):

 

Uп= Iп·2/З·r1

 

 

для схемы(рис.2.10, д):

 

Uп= Iп·l/2·r1,

 

 

где r1 - активноесопротивлениефазыстатора;

 

 

 

Iп - постоянныйток.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица2.4

 

Мощностьэл.

Синхроннаячастотавращения, об/мин

N

двигателя,

3000

1500

1000

750

500

вар.

кВт

1

0,1-0,5

60

75

85

90

-

2

0,51-1,0

50

70

75

80

90

3

1,1-5,0

45

65

70

75

85

4

5,1 - 10,0

40

60

65

70

80

5

10,1-25,0

30

55

60

65

75

6

25,1-50,0

20

50

55

60

70

7

50,1 - 100,0

-

40

45

50

60

8

100,0-200,0

-

35

40

40

50

В режиме противовключения двигателем из сети потребляется большое количество энергии и протекает значительный ток. Рези-

стор, введенный в цепь ротора, ограничивает якорный ток и определяеттормозноймоментдвигателя.

Полное активное сопротивление резистора в цепи ротора при торможениипротивовключением

Rp =rp

Sн.пр.

(2.36)

Sн

 

 

гдеSн.пр - номинальноескольжениеприпротивовключении; SH - номинальноескольжение.