Вопрос 6-9. Перечислить и объяснить основные способы регулирования частоты вращения асинхронного двигателя.

Ответ 6-9 : Частота вращения АД с кз ротором дается формулой:

n=60 f / p

Следовательно частоту вращения асинхронного двигателя можно регулировать изменяя:

а) частоту питающей сети; (используют силовые частотные преобразователи двигатели ).

б) изменяя число пар полюсов( переключая число катушек статора).

В настоящее время используются оба метода.

Вопрос 6-10: в чем особенности пускового режима асинхронного двигателя?

Ответ 6-10 : При прямом пуске АД ток потребляемой из сети в 5-8 раз превышает номинальный ток, при этом пусковой момент мал.. Поэтому применяют различные способы уменьшения пускового тока .

1) Уменьшают напряжения питающей сети используя переключение с треугольника на звезду, используя автотрансформаторы.

2) Используют роторы в виде 2-го беличьего колеса. В момент пуска при больших токах суммарное индуктивное сопротивление ротора зависит от скольжения. С увеличением скольжения оно увеличивается, при уменьшении уменьшается. Это позволяет создавать хороший пусковой момент и уменьшать пусковой ток.

Вопрос 6-11: Перечислить и сравнить различные способы пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Ответ 6-11: Пусковые свойства АД определяются следующими величинами:

Пусковым током, начальным пусковым вращающим моментом, плавностью и экономичностью пускового процесса, длительностью пуска.

Способы пуска асинхронного с короткозамкнутым ротором:

1) Прямой- непосредственное подключение к сети. При этом пусковой ток I_П составляет 6÷8 Iном, пусковой момент 1÷2 Мном. Метод применим для двигателей малой и средней мощности <200квт. Частые прямые включения мощного двигателя могут привести к колебаниям энергии в силовой сети, что опасно для нее.

2) Уменьшают напряжение питающей сети используя переключение с треугольника на звезду, Метод применим для двигателей малой и средней мощности <200квт. Уменьшение напряжения на обмотках происходит в √3 раз, а пусковой ток в 3 раза.

**) Уменьшение напряжения на обмотках может уменьшать пусковой момент и он станет меньше требуемого т.е меньше момента нагрузки. Ротор просто не сможет вращаться !!!.

3) используя регулируемые автотрансформаторы, при этом уменьшение напряжения в √2 раз вызывает уменьшение пускового тока и пускового момента в 2 раза.

4. Включают в каждую фазу по дросселю(реактору). Дроссель ограничивает пусковой ток, но одновременно уменьшается пусковой момент.

5) Используют роторы в виде 2-го беличьего колеса. В током роторе суммарное индуктивное сопротивление 2-х беличьих колес зависит от скольжения. С увеличением скольжения оно увеличивается, при уменьшении уменьшается. Это позволяет создавать хороший пусковой момент и уменьшать пусковой ток.

Вопрос 6-12: Объяснить особенности рабочих характеристик асинхронного двигателя.

Ответ 6-12: Рабочие характеристик асинхронного двигателя это зависимости n, M, сosφ, I₁, P₁ , КПД-η от полезной мощности на валу Р₂. представлены на рис 6-12.

а) Зависимость η=f(P₂)

КПД двигателя η= P₂/ P₁= P₂/ ΔР+ P₂

P₁ –мощность поступившей из секи в двигатель,

P₂ –мощность преобразованная полезную механическую энергию,

P₁= ΔР+ P₂

ΔР= мощность всех потерь в двигателе: электрических и магнитных потерь в статоре, электрических потерь в роторе и механических потерь ( трение в подшипниках , трение о воздух) .Потери в обмотках изменяются как I² . Т.о. по мере роста нагрузки ток двигателя растет, а потери растут быстрее. Поэтому в начале по мере роста нагрузки КПД растет быстро, а затем медленно и достигает максимума при 70-75% нагрузки. При дальнейшем увеличении нагрузки Р₂ потери значительно возрастают и КПД уменьшается.

б) Зависимость М=f(P₂)

По определению в статическом режиме Мэм=Мнагрузки поэтому М эм= P₂/ ω₂

где ω₂= ω_{1 ·}(1-S) угловая частота вращения ротора.

ω₁- угловая частота вращения магнитного поля , S-скольжение.

Поэтому зависимость М=f(P₂) линейная.

в) Зависимость сosφ =f(P₂)

В АД имеет место два энергетических процесса:

а) Необратимый расход активной энергии Р₁ и

б) Обратимый процесс периодического изменения запаса энергии магнитного поля, мерой который является реактивная энергия Q₁,

Соотношение между активной мощностью и реактивной мощностью оценивается коэффициентом мощности двигателя сosφ =Р₁/ S, где

Коэффициент мощности двигателя зависит от нагрузки на его валу. При холостом ходе, энергия расходуется только на покрытие небольших электрических и магнитных потерь в статоре и незначительных механических потерь в подшипниках., Это означает, что активная мощность мала, а реактивная велика., поэтому сosφ мал. Обычно сosφ_хх =0,08÷0,15. С увеличением нагрузки активная мощность Р₁ так же увеличивается , а реактивная Q₁ изменяется незначительно. При нагрузке Р₂ =Р₂ном сosφ достигает максимума сosφ_max =0,75÷0,95. При дальнейшем увеличении нагрузки из за увеличения потоков рассевания Q₁ растет и сosφ уменьшается.

В виду массового применения АД в производстве, использование их с сosφ < 0,45 нежелательно, такие двигатели надо заменить на более экономичные.

г) Зависимость n₂ =f(P₂)

Скорость вращения и скольжение связаны зависимостью n₂=n₁(1-S).

В режиме холостого хода скольжение S~0 и скорость вращения ротора близка к скорости вращения магнитного поля : n₂~n₁. С увеличением нагрузки ток ротора возрастает и вызывает нагрев его обмотки. На этом участке электрические потери в роторе ΔР₂э пропорциональны скольжению:

ΔР₂э=s·Р₂эм

где Р₂эм электромагнитная мощность предаваемая от статора к ротору.

При нагрузке Р₂ =Р₂ном скольжение так же номинальное s_ном, =1.5÷7%, при это этом n₂ = n_2ном незначительно отличается от n₁ . Можно говорить , что АД имеет жесткую характеристику. При увеличении нагрузки выше номинальной ( область перегрузки ) скорость n₂ начинает уменьшаться и при нагрузки выше критической Р₂> Р_2крит двигатель останавливается .

д) Зависимость S =f(P₂)

Зависимость скольжения S =f(P₂) имеет вид (Рис 12б):

В режиме холостого хода скольжение

S = 0. С увеличением нагрузки скольжение увеличивается. При нагрузке Р₂ =Р₂ном скольжение номинальное s_ном, =1.5÷7%. При дальнейшем увеличении нагрузки P₂

(область перегрузки) скольжение быстро возрастает и достигает критического значения S_кр. Дальнейшее увеличение нагрузки приводит к увеличению скольжения и неустойчивому режиму работы двигателя или к его остановке.

е) Зависимость I₁=f(P₂)

Зависимость тока статора I₁ от нагрузки P₂ имеет вид (Рис 12а):

Между током статора I₁ и током ротора I₂ существует трансформаторная связь

Ток статора согласно уравнению для МДЖС имеет вид: I₁=I₁₀-I₂

где I₁₀ ток холостого хода. I₁₀ не зависит от нагрузки ,

I₂-тока ротора . I₂ так же как и в трансформаторах зависит от нагрузки.

Поэтому зависимость I₁ увеличивается с увеличением P₂ .

В режиме холостого хода I₁=I₁₀. и составляет от 20 до 75% от номинального тока статора I₁ном.

В момент пуска ток ротора I₂ = I_2пуск =(6÷8) I₁ном.