Vikupautomsk.ru

Выкуп Авто МСК
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Эксплуатация электрических машин и аппаратуры — Пуск трехфазных асинхронных двигателей

Эксплуатация электрических машин и аппаратуры — Пуск трехфазных асинхронных двигателей

Содержание материала

При включении трехфазных асинхронных двигателей в сеть возникает вопрос о схеме соединения фаз статорной обмотки. В коробке выводов двигателя обычно шесть концов от трех фаз, что позволяет включать двигатель на два разных напряжения. Выбор схемы соединения — звездой или треугольником фаз двигателя зависит от номинального напряжения сети и номинального напряжения двигателя.
Схему соединения нужно выбрать такую, чтобы на фазу статорной обмотки приходилось номинальное напряжение. Напряжение на фазе двигателя по схеме звезда в 1,73 раза меньше напряжения сети, а по схеме треугольник напряжение на фазе двигателя равно напряжению сети. Так, двигатель с напряжением 380/22С в по схеме звезда должен включаться в сеть с напряжением 380 в и по схеме треугольник — в сеть с напряжением 220 в.
Если выводы фаз имеют обозначения, то соединение по схеме звезда пли треугольник не представляет трудностей. Чтобы фазы соединить звездой, нужно концы С4, С5 и С6 соединить в одну точку, а к началам фаз С1, С2 и С3 подвести напряжение сети. Для соединения фаз обмотки двигателя в треугольник нужно конец одной фазы С4 соединить с началом другой фазы С2, а конец ее С5 соединить с началом третьей фазы С3, конец которой С6 соединить с началом первой фазы. В результате получается три точки (вершины): С1 — С6; С2 — C4 и С3 — С5 к которым подвести напряжение сети.
Труднее со схемами соединения фазных обмоток при отсутствии маркировки выводных концов.
Выводы фаз обмотки проходят через два отверстия в корпусе, в одном из них при правильном распределении выводов будут начала, в другом — концы фаз. Соединение обмотки в звезду в этом случае не представляет трудностей: нужно три вывода из любого отверстия соединить в одну точку. Для соединения схемы треугольником нужно с помощью контрольной лампы определить парные выводы, принадлежащие каждой фазе, и соединить треугольник, помня, что в данном отверстии три начала, в другом — три конца фаз.
Если через три отверстия в корпусе двигателя выходят по два вывода в каждом, один из которых является началом одной фазы, а другой концом следующей фазы, то для получения схемы треугольник необходимо попарно соединить выводы из каждого отверстия. Для соединения схемы в звезду нужно с помощью контрольной лампы определить выводы, принадлежащие каждой из фаз. Затем по одному выводу из каждого отверстия, принадлежащего трем разным фазам, надо соединить в одну точку.
В случае незамаркированных выводов обмотки, выходящих без всякой системы из корпуса двигателя, для правильного соединения схемы можно поступить следующим образом: контрольной лампой определяют выводы каждой фазы, произвольно придав им начало и конец. Далее соединяют соответствующую схему обмотки и включают двигатель в сеть. Если двигатель нормально «не разворачивается», то переключают (перевертывают) одну из фаз и подают питание. Если двигатель все же «не разворачивается», то перевернутую фазу включают по-старому, а другую фазу перевертывают и включают двигатель. После трех таких присоединений исправный асинхронный двигатель нормально «разворачивается».
Пусковые свойства асинхронных двигателей оценивают пусковыми характеристиками:
величиной пускового тока Iп или его кратностью К i, величиной пускового момента Мп или его кратностью продолжительностью и плавностью пуска; экономичностью пусковой операции, то есть сложностью схемы пуска; стоимостью пусковой аппаратуры.
Пуск асинхронных двигателей с фазным ротором осуществляют с помощью пускового реостата, включаемого в цепь роторной обмотки через щетки и контактные кольца при подключении к статору полного напряжения сети (рис. 33). Введение сопротивления в цепь ротора уменьшит пусковой ток и увеличит’ пусковой момент двигателя.
Пусковой реостат увеличивает общее активное и полное сопротивление роторной цепи. Поэтому уменьшается ток ротора при пуске, что уменьшает пусковой ток двигателя (в статоре).
Пусковой момент двигателя имеет выражение


Рис. 33. Схема пуска фазного асинхронного двигателя.

При наличии пускового реостата пусковой ток ротора уменьшается, cos Ψ2π за счет введенного активного сопротивления увеличивается. Кроме этого, несколько увеличивается магнитный поток вследствие уменьшения пускового тока. В результате пусковой момент двигателя увеличивается по сравнению с пуском без пускового реостата.
При разбеге двигателя скорость ротора увеличивается, скольжение, э. д. с. и ток ротора уменьшаются Это вызывает уменьшение момента двигателя. Чтобы не затягивать пуск, нужно выводить сопротивление пускового реостата отдельными ступенями (или плавно), чтобы ток ротора при пуске был бы примерно постоянным, а момент двигателя — близким к максимальному. После полного выведения пускового реостата контактные кольца коротко замыкаются и на этом пуск двигателя закапчивается. В двигателях средней и большой мощности есть щеткоподъемный механизм, с помощью которого поворотом рукоятки кольца замыкают накоротко и поднимают щетки.
Малый пусковой ток и большой пусковой момент — достоинство фазных асинхронных двигателей перед короткозамкнутыми.

Пуск асинхронных короткозамкнутых двигателей осуществляется при полном номинальном и пониженном напряжении на обмотке статора.
Прямой пуск короткозамкнутых двигателей (рис 34) характеризуется простотой операции. Для пуска достаточно подать напряжение на статорною обмотку включением рубильника, магнитного пускателя.
Существенный недостаток этого способа — большой пусковой ток, он превышает номинальный в 4—7 раз. Большой ток при прямом пуске асинхронного двигателя не опасен для обмотки статора, так как пусковой ток протекает кратковременно, температура нагрева обмотки не успевает достичь значительной величины.

Рис. 34. Схема прямого пуска короткозамкнутого двигателя.

Большой пусковой ток вызывает большую потерю напряжения в питающей сети. Колебание напряжения в сети отрицательно отражается на других потребителях этой сети, особенно это нежелательно при частых пусках двигателей. Включенные лампы сильно уменьшают свой накал, работающие двигатели уменьшают момент и могут остановиться, их перегрузочная способность уменьшается в зависимости от квадрата снижения напряжения. Кроме того, пускаемый двигатель при тяжелых условиях может «не развернуться». В связи с увеличением мощности источников питания и улучшением сетей прямой пуск короткозамкнутых асинхронных двигателей в настоящее время самый распространенный.
Другие способы пуска короткозамкнутых асинхронных двигателей вызывают уменьшение пускового тока, что достигается уменьшением напряжения на фазе статорной обмотки.

Реакторный способ пуска (рис. 35) осуществляется с применением индуктивного сопротивления. Запускают двигатель так.

Сначала замыкают рубильник 1, ток к статору течет через реактор. Величина пускового тока в этом случае меньше, чем при прямом пуске, так как к двигателю подводится пониженное напряжение за счет потери напряжения в сопротивлении реактора. После разворота ротора реактор шунтируют включением рубильника 2 и на двигатель подают полное напряжение сети.

Недостаток этого способа тот, что уменьшение пускового тока двигателя сопровождается значительным уменьшением пускового момента. Пусковой ток зависит от напряжения в первой степени, а пусковой момент — от квадрата напряжения. Например, если пусковой ток уменьшился в два раза, то пусковой момент уменьшится в четыре раза.

Для уменьшения пускового тока с помощью реактора в общем случае в а раз в сравнении с током прямого пуска двигателя сопротивление реактора подсчитывают по формуле:

где ф — номинальное фазное напряжение двигателя;
Iп — ток двигателя при прямом пуске.

Рис 36. Схема автотрансформаторного пуска двигателя: 1, 2, 3 рубильники.

Реакторный пуск применяют там, где важно уменьшить пусковой ток, а величина пускового момента не имеет существенного значения.

Автотрансформаторный способ пуска осуществляется от трехфазного автотрансформатора (рис. 36).
Пускают двигатель в такой последовательности. Замыкают рубильник 1, часть обмотки автотрансформатора в этом случае как реактор, двигатель начинает вращаться, если момент сопротивления небольшой.
Затем замыкают рубильник 3, соединяющий звездой обмотки автотрансформатора, и к статору подводят напряжение меньше, чем в сети, в коэффициент трансформации Ка раз. Когда двигатель «развернется» до полного числа оборотов, размыкают рубильник 3 и замыкают рубильник 2 и к двигателю подводят полное напряжение сети.


Рис. 37. Схема пуска асинхронного двигателя переключением обмотки статора со звезды на треугольник.

Автотрансформатор позволяет уменьшить пусковой ток, который потребляет двигатель из сети в К раз. Напряжение на статорной обмотке уменьшается в Ка раз, а пусковой момент в К а раз, то есть при автотрансформаторном пуске ток и момент уменьшаются в одинаковой мере, что выгодно отличает его от реакторного пуска.
Автотрансформатор используют очень кратковременно, в период пуска. Поэтому плотность тока в его обмотках можно допускать значительно большую, чем при работе в обычном режиме. Сложность схемы и большая стоимость аппаратуры ограничивают применение автотрансформаторного пуска лишь двигателями большой мощности.


Рис. 38. Короткозамкнутые двигатели с улучшенными пусковыми свойствами:
а — паз двигателя с двойной клеткой и потоки рассеяния; б — паз двигателя с глубоким пазом и потоки рассеяния; в — распределение пускового тока в стержнях глубокопазного двигателя.

Пуск переключением обмотки статора со звезды на треугольник (рис. 37) применяют для двигателей, работающих при соединении треугольником. Перед пуском двигателя переключатель П ставят в положение звезды, обмотка статора оказывается соединена звездой. Затем включают рубильник Р и двигатель «раскручивается». После того как ротор двигателя развернется до скорости, близкой к номинальной, переключатель быстро переводят в положение треугольник.
Этот способ пуска уменьшает пусковой ток в три раза, но и пусковой момент уменьшается также в три раза. Пуск двигателя переключением статорной обмотки со звезды на треугольник равноценен автотрансформаторному пуску с коэффициентом трансформации автотрансформатора 1,73. Значительное снижение пускового момента ограничивает применение этого способа лишь для двигателей, пускаемых в холостую или под очень незначительной нагрузкой.
В ряде случаев пусковые характеристики асинхронных двигателей с нормальной клеткой не удовлетворяют требования, что привело к созданию двигателей с улучшенными пусковыми свойствами, большим пусковым моментом при малом пусковом токе.

Читать еще:  Эбн низкого давления для карбюраторных двигателей

Двигатели с двойной клеткой.

Ротор такого двигателя с двумя клетками: наружной (пусковой) и внутренней (рабочей), отделенные узкой щелью (рис. 38).
Пусковую клетку делают малого сечения из бронзы или латуни. Рабочую клетку делают большого сечения из меди. Как видно из распределения потоков рассеяния (рис. 38, а), пусковая обмотка обладает малым, рабочая — большим индуктивным сопротивлением.
При пуске момент двигателя обусловлен главным образом пусковой клеткой. По мере разбега двигателя частота в роторе уменьшается, снижается индуктивное сопротивление. Токи в клетках распределяются обратно пропорционально активным сопротивлениям: в рабочей клетке больше, чем в пусковой. В рабочем режиме момент двигателя обусловлен главным образом током нижней клетки. В момент включения двигателя в сеть, когда частота в роторе равна частоте сети, в рабочей клетке за счет большого индуктивного сопротивления ток небольшой, а в пусковой обмотке за счет большего активного сопротивления ток малый. Сравнительно малые токи в роторе обусловливают не очень большой ток статорной обмотки при пуске двигателя. Двигатели с двойной клеткой имеют кратность пускового тока Кi =3—5,5 и кратность пускового момента Кп = 1—3.

Двигатели с глубоким пазом

Двигатели с глубоким пазом имеют узкие и высокие стержни, уложенные в соответствующего сечения пазы ротора (рис. 38, б). В глубоком пазу отдельные элементы стержня по его высоте сцеплены с разным потоком рассеяния, что приводит к вытеснению тока из нижней в верхнюю часть стержня (рис. 38, в). Вытеснение тока тем эффективнее, чем больше частота в роторе. В момент пуска двигателя частота в роторе равна частоте сети. Поэтому вследствие вытеснения ток будет протекать, главным образом в верхней части стержня. В этом случае активно используют лишь часть поперечного сечения стержня, активное сопротивление роторной обмотки возрастает, что равноценно введению сопротивления в цепь ротора в фазном двигателе. По этой причине уменьшается пусковой ток и увеличивается пусковой момент. По мере раскручивания ротора частота уменьшается, вытеснение тока ослабевает, он начинает протекать по все большему сечению стержня, что эквивалентно уменьшению активного сопротивления роторной цепи, как это бывает при выведении сопротивления пускового реостата е фазном двигателе. В рабочем режиме, когда частота в роторе равна нескольким герцам, вытеснение тока практически отсутствует и двигатель работает как обычный короткозамкнутый.
Пусковые свойства глубокопазных двигателей несколько хуже, чем двухклеточных: при одинаковой кратности пускового тока кратность пускового момента глубокопазного двигателя меньше, чем двухклеточного.
Двигатели с улучшенными пусковыми свойствами имеют и недостатки: пониженные cos φ и перегрузочная способность из-за большей индуктивности роторной обмотки; пониженный к. п. д. из-за большого активного сопротивления роторной обмотки.

Пуск асинхронного двигателя

Пусковые свойства двигателей.

При пуске ротор двигателя, преодолевая момент нагрузки и момент инерции, разгоняется от частоты вращения п = 0 до п . Скольжение при этом меняется от sп = 1 до s. При пуске должны выполняться два основных требования: вращающий момент должен бить больше момента сопротивления (Мвр>Мс) и пусковой ток Iп должен быть по возможности небольшим.

В зависимости от конструкции ротора (короткозамкнутый или фазный), мощности двигателя, характера нагрузки возможны различные способы пуска: прямой пуск, пуск с использованием дополнительных сопротивлений, пуск при пониженном напряжении и др. Ниже различные способы пуска рассматриваются более подробно.

Прямой пуск.

Пуск двигателя непосредственным включением на напряжение сети обмотки статора называется прямым пуском. Схема прямого пуска приведена на рис. 3.22. При включении рубильника в первый момент скольжение s = l, а приведенный ток в роторе и равный ему ток статора

, (3.37)

максимальны (см.п.3.19 при s=1). По мере разгона ротора скольжение уменьшается и поэтому в конце пуска ток значительно меньше, чем в первый момент. В серийных двигателях при прямом пуске кратность пускового тока kI = IП / I1НОМ = ( 5,…,7), причем большее значение относится к двигателям большей мощности.

Значение пускового момента находится из (3.23) при s = 1:

,(3.38)

Из рис. 3.18 видно, что пусковой момент близок к номинальному и значительно меньше критического. Для серийных двигателей кратность пускового момента МП/ МНОМ = (1.0,…,1.8).

Приведенные данные показывают, что при прямом пуске в сети, питающей двигатель, возникает бросок тока, который может вызвать настолько значительное падение напряжение, что другие двигатели, питающиеся от этой сети, могут остановиться.

С другой стороны, из-за небольшого пускового момента при пуске под нагрузкой двигатель может не преодолеть момент сопротивления на валу и не тронется с места. В силу указанных недостатков прямой пуск можно применять только у двигателей малой и средней мощности (примерно до 50 кВт).

Пуск двигателей с улучшенными пусковыми свойствами.

Улучшение пусковых свойств асинхронных двигателей достигается использованием эффекта вытеснения тока в роторе за счет специальной конструкции беличьей клетки. Эффект вытеснения тока состоит в следующем: потокосцепление и индуктивное сопротивление X2 проводников в пазу ротора тем выше, чем ближе ко дну паза они расположены (рис.3.23). Также X2 прямо пропорционально частоте тока ротора.

Следовательно, при пуске двигателя, когда s=1 и f2 = f1 = 50 Гц , индуктивное сопротивление X2 = max и под влиянием этого ток вытесняется в наружный слой паза. Плотность тока j по координате h распределяется по кривой, показанной на рис.3.24. В результате ток в основном проходит по наружному сечению проводника, т.е. по значительно меньшему сечению стержня, и, следовательно, активное сопротивление обмотки ротора R2 намного больше, чем при нормальной работе. За счет этого уменьшается пусковой ток и увеличивается пусковой момент МП (см. (3.37), (3.38) ).

По мере разгона двигателя скольжение и частота тока ротора падает и к концу пуска достигает 1 – 4 Гц. При такой частоте индуктивное сопротивление мало и ток распределяется равномерно по всему сечению проводника. При сильно выраженном эффекте вытеснения тока становится возможным прямой пуск при меньших бросках тока и больших пусковых моментах.

К двигателям с улучшенными пусковыми свойствами относятся двигатели, имеющие роторы с глубоким пазом, с двойной беличьей клеткой и некоторые другие.

Двигатели с глубокими пазами.

Как показано на рис.3.25, паз ротора выполнен в виде узкой щели, глубина которой примерно в 10 раз больше, чем ее ширина. В эти пазы-щели укладывается обмотка в виде узких медных полос. Распределение магнитного потока показывает, что индуктивность и индуктивное сопротивление в нижней части проводника значительно больше, чем в верхней части.

Поэтому при пуске ток вытесняется в верхнюю часть стержня и активное сопротивление значительно увеличивается. По мере разгона двигателя скольжение уменьшается, и плотность тока по сечению становится почти одинаковой.

В целях увеличения эффекта вытеснения тока глубокие пазы выполняются не только в виде щели, но и трапецеидальной формы. В этом случае глубина паза несколько меньше, чем при прямоугольной форме.

Двигатели с двойной клеткой.

В таких двигателях обмотки ротора выполняются в виде двух клеток (рис.3.26): во внешних пазах 1 размещается обмотка из латунных проводников, во внутренних 2 – обмотка из медных проводников.

Таким образом, внешняя обмотка имеет большее активное сопротивление, чем внутренняя. При пуске внешняя обмотка сцепляется с очень слабым магнитным потоком, а внутренняя – сравнительно сильным полем. В результате ток вытесняется во внешнюю клетку, а во внутренней тока почти нет.

По мере разгона двигателя ток из внешней клетки переходит во внутреннюю и при s =sНОМ протекает в основном по внутренней клетке. Ток во внешней клетке при этом сравнительно небольшой.

Результирующий пусковой момент, складывающийся из моментов от двух клеток, значительно больше, чем у двигателей нормальной конструкции, и несколько больше, чем у двигателей с глубоким пазом. Однако следует иметь в виду, что стоимость двигателей с двойной клеткой ротора выше.

Пуск переключением обмотки статора.

Если при нормальной работе двигателя фазы статора соединены в треугольник, то, как показано на рис.3.27, при пуске первоначально они соединяются в звезду.

Для этого сначала включается выключатель Q, а затем переключатель S ставится в нижнее положение Пуск. В таком положении концы фаз Х, Y, Z соединены между собой, т.е. фазы соединены звездой. При этом напряжение на фазе в √3 раз меньше линейного.

В результате линейный ток при пуске в 3 раза меньше, чем при соединении треугольником. При разгоне ротора в конце пуска переключатель S переводится в верхнее положение и, как видно из рис. 3.27, фазы статора пересоединяются в треугольник.

Недостатком этого способа является то, что пусковой момент также уменьшается в 3 раза, так как момент пропорционален квадрату фазного напряжения, которое в √3 раз меньше при соединении фаз звездой. Поэтому такой способ применим при небольшом нагрузочном моменте и только для двигателей, нормально работающих при соединении обмоток статора в треугольник.

Пуск при включении добавочных резисторов в цепь статора.(рис. 3.28)

Перед пуском выключатель (пускатель) находится в разомкнутом состоянии и замыкается выключатель Q1.

При этом в цепь статора включены добавочные резисторы RДОБ. В результате обмотка статора питается пониженным напряжением U1n = U1НОМInRДОБ. После разгона двигателя замыкается выключатель Q2 и обмотка статора включается на номинальное напряжение U1НОМ. Подбором RДОБ можно ограничить пусковой ток до допустимого.

Следует иметь в виду, что момент при пуске, пропорциональный U 2 , будет меньше и составляет (U / U1НОМ) 2 номинального. Важно отметить, что при этом способе пуска значительны потери в сопротивлении RДОБ (RДОБI 2 1n). Можно вместо резисторов RДОБ включить катушки с индуктивным сопротивлением ХДОБ, близким к RДОБ.

Применение катушек позволяет уменьшить потери в пусковом сопротивлении.

Автотрансформаторный пуск.

Кроме указанных способов можно применить так называемый автотрансформаторный пуск.

Соответствующая схема показана на рис.3.29.

Перед пуском переключатель S устанавливается в положение 1, а затем включается автотрансформатор и статор питается пониженным напряжением U. Двигатель разгоняется при пониженном напряжении и в конце разгона переключатель S переводится в положение 2 и статор питается номинальным напряжением U1ном.

Читать еще:  Что показывает датчик прогрева двигателя

Если коэффициент трансформации понижающего трансформатора n, тогда ток I на его входе будет в n раз меньше. Кроме того, пусковой ток будет также в n раз меньше, т.е. ток при пуске в сети будет в n 2 раз меньше, чем при непосредственном пуске.

Этот способ, хотя и лучше рассмотренных в п.3.14.7, но значительно дороже.

Пуск двигателя с фазным ротором.

Пуск двигателя с фазным ротором осуществляется путем включения пускового реостата в цепь ротора, как это показано на рис.3.30.

Начала фаз обмоток ротора присоединяются к контактным кольцам и через щетки подключаются к пусковому реостату с сопротивлением Rp.

Приведенное к обмотке статора сопротивление пускового реостата Rp рассчитывается так, чтобы пусковой момент был максимальный, т.е. равен критическому. Так как при пуске скольжение sП = 1, то sП = 1 = sК , равенство МП = М Пmaх = МК будет обеспечено. Тогда

.

Пуск двигателя происходит по кривой, показанной на рис.3.31. В момент пуска рабочая точка на механической характеристике находится в положении а, а при разгоне двигателя она перемещается по кривой 1, соответствующей полностью включенному реостату.

При моменте, соответствующем точке е , включается первая ступень реостата и момент скачком увеличивается до точки b – рабочая точка двигателя переходит на кривую 2; в момент времени, соответствующей точке d, выключается вторая ступень реостата, рабочая точка скачком переходит в точку с и двигатель выходит на естественную характеристику 3 и затем в точку f. Реостат закорачивается, обмотка ротора замыкается накоротко, а щетки отводятся от колец.

Таким образом, фазный ротор позволяет пускать в ход асинхронные двигатели большой мощности при ограниченном пусковом токе. Однако этот способ пуска связан со значительными потерями в пусковом реостате.

Кроме того, двигатель с фазным ротором дороже двигателя с короткозамкнутым ротором. Поэтому двигатель с фазным ротором применяется лишь при больших мощностях и высоких требованиях к приводу.

Электрические машины (стр. 5 )

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8

Задача №19

При какой частоте вращения асинхронный двигатель развивает максимальный момент, если отношение максимального момента к номинальному Мmax/Mн = 2,2, а номинальная частота вращения шестиполюсного двигателя при частоте сети 50Гц n=983 об/мин.

Задача №20

Трёхфазный асинхронный двигатель с кратностью начального пускового тока ki=5.6 и кратностью начального пускового момента kп=1,3 пускается в ход при нагрузке Мнагр=0,5*Mном. Необходимо обеспечить снижение пускового тока в сети до величины Ic=2.5*Iном. Применим ли в этом случае реакторный пуск?

Задача №21

Номинальная мощность трёхфазного асинхронного двигателя Рн=315 кВт, номинальное фазное напряжение U1 ном =220В, частота вращения nн=1485 об/мин, КПД ηн=94,5%, коэффициент мощности Cosφн=0,91. Кратность пускового момента Кп=1,1, кратность пускового тока Кi = 7. Двигатель присоединён к трёхфазной сети с линейным напряжением 220В. Определить начальный момент двигателя и начальный пусковой ток в сети при пуске двигателя путём переключения со звезды в треугольник. Возможен ли при этом пуск двигателя при нагрузке 0,25*Рн?

Задача №22

Даны значения точек механической характеристики трехфазного асинхронного двигателя, соответствующие номинальному напряжению U1=Uном . Рассчитать характеристики двигателя при U1=0.85*Uном и U1=0.7*Uном. В каких пределах изменяется частота вращения двигателя при снижении напряжения от Uном до 0,7*Uном? Как изменяется при этом перегрузочная способность двигателя? Угловая скорость вращения поля w1=157рад/сек.

Задача №23

Введением дополнительного сопротивления в цепь ротора асинхронного двигателя с фазным ротором частота вращения двигателя в номинальном режиме снижена на 25%. Определить величину дополнительного сопротивления Rд. Оценить изменение КПД при таком режиме если номинальная мощность шестиполюсного двигателя Рн=160 кВт, номинальная частота вращения nн=970 об/мин, активное сопротивление обмотки ротора R2=0,01 Ом, номинальный КПД ηн=93%. Частота питающей сети f1= 50 Гц.

Задача №24

Во сколько раз увеличится скольжение асинхронного двигателя в установившемся режиме, если при М=const подводимое напряжение снизится в 1,5 раза? Как при этом изменяются потери мощности в роторе?

Задача №25

Определить величину дополнительного сопротивления Rд, при введении которого в цепь обмотки фазного ротора шестиполюсного асинхронного двигателя частота вращения ротора при той же нагрузке снизится от значения n=950 об/мин до n=600 об/мин. Сопротивление обмотки ротора R2 = 0,009 Ом, частота питающей сети f1= 50 Гц.

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
Раздел 2

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Перед выполнением контрольной работы раздела 2 изучите:

1. Синхронные машины

2. Коллекторные машины постоянного тока.

Ответьте на все вопросы для самопроверки и прорешайте типо­вые задачи.

ТИПОВЫЕ ЗАДАЧИ

Задача №1. Определение параметров синхронных двигателей по

техническим данным.

Технические данные неявнополюсного синхронного двигателя:

Номинальная мощность Рн = 500 кВт;

Номинальное напряжение UH = 10 кВ;

Номинальная частота вращения пн= 3000 об/мин;

Номинальный Cos фн=0,9;

Номинальный КПД nH = 93,7%;

Кратность пускового тока Kn = IП /Iн = 5,2;

Кратность максимального момента Км = Ммах / Мn = 1,9;

1. Номинальный ток, потребляемый двигателем из сети, опре­деляется из формулы номинальной мощности двигателя: Pn=√3*UH*IH*Cos φHH; In = 34,2A

2. Пусковой ток двигателя 1п=Кп*1н; Iп = 178 А

3. Угловая скорость ; ω = 314 рад/сек;

4. Номинальный момент на валу: ; Мн = 1592 Нм;

5. Максимальный момент на угловой характеристике (рисунок 4): Ммах = Км * Мн; Ммах = 3025,5 Нм.

6. Угловая характеристика двигателя М = f(Q) приведена на рисунке 4.

Ммах зависит от напряжения сети и от тока возбуждения: Mmax =

Рисунок 4 – Угловые характеристики синхронного двигателя.

Задача №2. Определение параметров машин постоянного тока.

Номинальное напряжение на выводах четырёхполюсного двигателя постоянного тока параллельного возбуждения UH = 440 В, номинальная частота вращения 2200 об/мин, номинальный КПД 85%. Ток в цепи якоря 12 А, в цепи возбуждения 1 А. Сопротивление цепи якоря 0,42 Ом, Обмотка якоря простая волновая, число проводников якоря 1300.Определить:

1.ЭДС обмотки якоря двигателя меньше напряжения на величину падения напряжения в цепи якоря: Е = Uн-1а*Rа =435В

2.Обмоточный коэффициент: k = = 414 где а = 1

при простой волновой обмотке независимо от числа пар полюсов.

3. Магнитный поток определим из формулы Е = к*Ф*ω,

где ω = =230,27 рад/с. Магнитный поток равен 4,563*10-3Вб.

4. Ток, потребляемый из сети 1Н =1а + 1в=13А и подведён­ная мощность PI= In * UH — 5,72 кВт.

5. Номинальная (на валу двигателя,) Рн = Р1 *n = 4,862 кВт и электромагнитная РЭМ=Е *1а = 5.22 кВт мощность,

6. Сопротивление цеди возбуждения: Rв = Uн/Iв = 440 0м

7. Потери в обмотке якоря Ра =la2*Ra = 60,485 Вт и в цепи возбуждения Рв=1в2 *Re = 440 Вт

Задача №3. Расчёт рабочих характеристик двигателей посто­янного тока по техническим данным.

Зависимости n,I,M2,M,КПД = f(P2) при U = Const, Ie = Const называются рабочими характеристиками. Двигатель постоянного тока независимого возбуждения 2ПН180LУХЛ4 имеет следующие технические данные: номинальная мощность Рн =30 кВт, номинальное напряжение якоря UH = 440 В, возбуждения Uв = 220 В, номинальная частота вращения nн = 2200 об/мин, номинальный КПД =89%, Ra = 0,136 Ом., R д п. = 0,084 Ом, R^возб= 46,7 Ом. Рассчитать и построить рабочие и электромеханические характеристики двигателя.

Основные уравнения двигателя:

Уравнение равновесия напряжения: U = E + 1а * Ra

Уравнение баланса мощностей:

Где: P1=Ia*U + Pв; Рэм=Е*1а; Р0=Рмх + РМ +Рдоб —

мощность потерь х. х.

Уравнение равновесия моментов: М = М2 + М0; М0 = Р0 / ω;

При изменении нагрузки на валу двигателя P2 растёт ток якоря и потребляемая мощность. Мощность и момент х. х. не зависят от нагрузки. Их можно определить из баланса мощностей для номинального режима. .

1. Потери на возбуждение: Ре = Iв2 *Re = 1,04 кВт;

2. Потребляемая якорем двигателя мощность в номинальном режиме: Р1н= = 33,71кВт

3. Номинальный ток якоря: Iан = = 74,25 А

4. Потери в цепи якоря; Рэа. н = Ia.н2* Ra =1,21 кВт.

5. Потери холостого хода: Р0 = Р1н-Рн – Рэан — Рв — 1,46 кВт

6. Угловая скорость и момент х. х. k * Ф = (UнIан*Rа)/ωн = 1,84 Вб;

ω0 =Uн/kФ= 252,87 рад/с; М0 = Р0/ω= 5,77 Нм;

7. Номинальный момент на валу: Мн = Рн/ωн = 130,28 Нм

8. Для расчёта и построения рабочих характеристик зададимся значениями тока якоря в интервале 0–1,5*IН и для каж­дого значения вычислим все параметры, необходимые для построения характеристик и заполним таблицу. По данным таблицы построим графики рабочих характеристик.

Коэффициент расчета рабочих характеристик типовым

Ток якоря I, А

Мощность якоря Р1а, кВт

Потери на нагрев якоря, Рз. а., кВт

Угловая скорость якоря W, рад/с

Вращающий момент, развиваемый на валу асинхронного электродвигателя в условиях нулевой скорости вращения ротора (когда ротор еще неподвижен) и установившегося в обмотках статора тока, — называется пусковым моментом асинхронного двигателя.

Пусковой момент иногда называют еще моментом трогания или начальным моментом. При этом подразумевается, что напряжение и частота питающего напряжения приближены к номиналу, причем соединение обмоток выполнено правильно. В номинальном режиме работы данный двигатель будет работать именно так, как предполагали разработчики.

Пусковой момент вычисляется по приведенной формуле. В паспорте электродвигателя (паспорт предоставляется производителем) указана кратность пускового момента.

Обычно значение величины кратности лежит в пределах от 1,5 до 6, в зависимости от типа двигателя. И при выборе электродвигателя для своих нужд, важно убедиться, что пусковой момент окажется больше статического момента планируемой проектной нагрузки на валу. Если это условие не соблюсти, то двигатель попросту не сможет развить рабочий момент при вашей нагрузке, то есть не сможет нормально стартонуть и разогнаться до номинальных оборотов.

Давайте рассмотрим еще одну формулу для нахождения пускового момента. Она будет вам полезной для теоретических расчетов. Здесь достаточно знать мощность на валу в киловаттах и номинальные обороты, — все эти данные указаны на табличке (на шильдике). P2-номинальная мощность, F1-номинальные обороты. Итак, вот эта формула:

Читать еще:  Что такое гидрокомпенсаторы в двигателе 409

Для нахождения P2 применяют следующую формулу. Здесь необходимо учесть скольжение, пусковой ток и напряжение питания, все эти данные указаны на шильдике. Как видите, все довольно просто. Из формулы очевидно, что пусковой момент в принципе можно повысить двумя путями: увеличением стартового тока или повышением питающего напряжения.

Попробуем, однако, пойти наиболее простым путем, и рассчитаем значения пусковых моментов для трех двигателей серии АИР. Воспользуемся параметрами кратности пускового момента и величинами номинального момента, то есть пользоваться будем самой первой формулой. Результаты расчетов приведены в таблице:

Тип двигателяНоминальный момент, НмОтношение пускового момента к номинальному моментуПусковой момент, Нм
АИРМ132М2362,590
АИР180 S2722144
АИР180М2972,4232,8

Роль пускового момента асинхронного электродвигателя (пусковой ток)

Часто двигатели включают напрямую в сеть, осуществляя коммутацию магнитным пускателем: на обмотки подается линейное напряжение, создается вращающееся магнитное поле статора, оборудование начинает работать.

Бросок тока в момент старта в данном случае неизбежен, и он превышает номинальный ток в 5-7 раз, причем длительность превышения зависит от мощности двигателя и от мощности нагрузки: более мощные двигатели стартуют дольше, их обмотки статора дольше принимают токовую перегрузку.

Маломощные двигатели (до 3 кВт) легко переносят данные броски, и сеть так же легко выдерживает эти незначительные кратковременные всплески мощности, ибо у сети всегда есть некоторый мощностный резерв. Вот почему небольшие насосы и вентиляторы, станки и бытовые электроприборы обычно включают напрямую, не заботясь особо о токовых перегрузках. Как правило обмотки статоров двигателей оборудования такого рода соединяются по схеме «звезда» из расчета на трехфазное напряжение 380 вольт или «треугольник» — для 220 вольт.

Если же вы имеете дело с мощным двигателем на 10 и более кВт, то включать напрямую такой двигатель в сеть нельзя. Бросок тока в момент пуска необходимо ограничить, иначе сеть испытает значительную перегрузку, что может привести к опасной «нештатной просадке напряжения».

Пути ограничения пускового тока

Наиболее простой способ ограничения пускового тока — пуск при пониженном напряжении. Обмотки просто переключаются с треугольника на звезду в момент пуска, а затем, когда двигатель набрал какие-то обороты — обратно на треугольник. Переключение осуществляется через несколько секунд после старта с помощью реле времени, например.

В таком решении пусковой момент также понижается, причем зависимость квадратичная: при снижении напряжения в будет в 1,72 раза, момент снизится в 3 раза. По этой причине пуск при пониженном напряжении подходит для такого оборудования, где пуск возможен с минимальной нагрузкой на валу асинхронного двигателя (например пуск многопильного станка).

Мощным нагрузкам, например ленточному конвейеру, необходим другой способ ограничения пускового тока. Здесь лучше подойдет реостатный метод, позволяющий снизить пусковой ток без уменьшения крутящего момента.

Такой способ очень подходит асинхронным двигателям с фазным ротором, где реостат удобно включается в цепь обмотки ротора, и регулировка рабочего тока осуществляется ступенчато, получается очень плавный пуск. С помощью реостата тут же можно регулировать и рабочую скорость двигателя (не только в момент запуска).

Но наиболее эффективным способом безопасного пуска асинхронных двигателей является все же пуск посредством . Величину напряжения и частоту регулирует сам преобразователь автоматически, создавая оптимальные условия двигателю. Обороты получаются стабильными, при этом броски тока принципиально исключены.

Для каждого асинхронного двигателя может быть определен номинальный режим, т. е. режим длительной работы, при котором двигатель не перегревается сверх установленной температуры. Момент М ном, соответствующий номинальному режиму, называется. номинальным моментом. Соответствующее ему номинальное скольжение составляет для асинхронных двигателей средней мощности s H0M = 0,02. 0,06, т.е. номинальная скорость n иом находится в пределах

n ном = n 0 (1 — s 0)= (0,94. 0,98) п 0 .

Отношение максимального момента к номинальному к м = = Mmах/M ном называется перегрузочной способностью асинхронного двигателя. Обычно к т = 1,8.. .2,5.

При пуске в ход, т. е. при трогании с места и при разгоне, асинхронный двигатель находится в условиях, существенно отличающихся от условий нормальной работы. Момент, развиваемый двигателем, должен превышать момент сопротивления нагрузки, иначе двигатель не сможет разгоняться. Таким образом, с точки зрения пуска двигателя важную роль играет его пусковой момент.

Отношение пускового момента М п развиваемого двигателем в неподвижном состоянии, т. е. при n = 0, к номинальному моменту k п = М п /М ном называется кратностью пускового момента.

Максимальный момент М тах называется критическим моментом асинхронной машины. Работа машины с моментом, превышающим номинальный, возможна лишь кратковременно, в противном случае срок службы машины сокращается из-за ее перегрева.

В результате взаимодействия вращающегося магнитного потока с токами, индуктированными им в проводниках роторной обмотки, возникают силы, действующие на эти проводники в тангенциальном направлении. Найдем значение момента, создаваемого этими силами на валу машины.

Электромагнитная мощность, передаваемая ротору вращающимся магнитным полем, ровна:

где М эм — электромагнитный момент действующий на ротор.

В соответствии со схемой замещения одной фазы машины:

Из этих выражений найдем:

Учитывая действующий ток ротора, ЭДС, индуктивное сопротивление получим:

Введем постоянную и пренебрегая моментом трения, представим выражение момента на валу в виде:

Если магнитный поток Ф выражен в веберах, ток I 2 — в амперах, то вращающий момент получится в ньютон-метрах (Нм).

Вращающий момент машины зависит от изменяющихся при нагрузке ф, I 2 и, но его можно представить в виде функции однойпеременной. В качестве такой переменной для асинхронного двигателя наиболее удобно выбрать скольжениеs.

Полагая, что частота сети неизменна введем

Получим следующее выражение для вращающего момента:

42. Энергетическая диаграмма АД. В электрической машине часть энергии теряется в виде тепла в различных частях — потери в обмотках, в стали, механические потери.

На диаграмме: Р 1 — мощность, подводимая из сети. Основная часть её за вычетом потерь в статоре, передаётся электромагнитным путём на ротор через зазор; Р эм называется электромагнитной мощностью.

Потери в статоре складываются из потерь в обмотке и в стали:

Рис. 42. Энергетическая диаграмма АД.

р с1 и р с2 . р с1 теряется на вихревые токи и перемагничивание сердечника. Потери в стали имеются и в сердечнике ротора, но они невелики и их можно не учитывать, т.к. n 0 во много раз больше скорости магнитного потока относительно ротора n 0 — n , если n соответствует устойчивой части естественной механической характеристики.

Механическая мощность, развиваемая на валу ротора, меньше Р эм на значение р об2 потерь в обмотке ротораР мх = Р эм — р об2 Мощность на валу Р 2 = Р мх — р мх, где р мх — мощность механических потерь, равная сумме потерь на трение в подшипниках, на трение о воздух и трение щеток о кольца.

Электромагнитная и механическая Р равныР эм = ω 0 М, Р мх = ωМ , где ω 0 и ω — скорости синхронная и ротора, М — момент, развиваемый двигателей, т.е. момент, с которым вращающееся поле действует на ротор.

Добавочные потери обусловлены зубчатостью ротора и статора, вихревыми токами в различных узлах и другими причинами. При полной нагрузке потери Рд принимаются равными 0,5% его номинальной мощности.

К.п.д. двигателя: h = P 2 /P 1 = / Р 1 .

Т.к. общие потери зависят от нагрузки, то и КПД является функцией нагрузки. Машина конструируется так, чтобы максимум ее коэффициента полезного действия h имел место при нагрузке, несколько меньше номинальной. Для большинства двигателей к.п.д. равен 80-90%, а для мощных двигателей 90-96%.

43. Устройство синхронного двигателя. Схема замещения, уравнения энергетического состояния фазы обмотки статора, векторная диаграмма синхронного дв. Основными частями статора являются неподвижный пакет маг­нитопровода и трехфазная обмотка. Пакет магнитопрово­да изготовлен в виде полого цилиндра, набранного, так же как и магнитопровод трансформатора, из тонких листов электротехнической стали. Листы имеют форму колец с пазами, симметрично расположенными вдоль внутренней окружности. В пазы пакета статора уложены стороны многовитковых мягких катушек, образующих три фазы обмотки. Пакет статора с обмоткой запрессован в алюминие­вый или чугунный корпус-оболочку, неподвижно закрепляемый при установке машины на фундаментной плите. С корпусом прочно соеди­нены два боковых литых щита со сквозными центральными отверстия­ми для подшипников, в которых вращается вал ротора.

Начала и концы фаз обмотки статора присоединены к зажимам, расположенным в коробке выводов, укрепленной на корпусе. Боль­шинство машин имеет коробку выводов с шестью зажимами, что по­зволяет соединять фазы обмотки треугольником или звездой.

Применяются два типа роторов синхронных машин — неявнопо-люсный, или с неявно выраженными полюсами, и ротор явнополюс-ный, или с явно выраженными полюсами. В первом случае сердечник ротора представляет массивное цилиндрическое тело из стали (бочка ротора), вдоль его поверхности выфрезерованы пазы, в которых заклады­вается обмотка возбуждения. Пазы и обмотка возбуждения размещают­ся так, чтобы получить по возможности синусоидальное распределение индукции в зазоре между сердечниками ротора и статора. Общий вид неявнополюсного ро­тора показан на рис.

Явнополюсный ротор состоит из мас­сивного стального колеса, посаженного на вал. К его ободу по внешней поверхности крепятся стальные сердечники полюсов. Последние, а иногда и обод выполняются из листовой стали. Для малых машин и при не слишком большом числе полюсов вместо колеса на вал насаживается стальная втулка, к которой крепятся полюса. Обмотка возбуждения в виде катушек разме­щается на сердечниках полюсов. Такая конструкция ротора позво­ляет разместить на нем большое число полюсов, что необходимо для машин с небольшой скоростью вращения.

44. Регулирование реактивной мощности синхронного двигателя осуществляется изменением тока возбуждения Iв

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector