5060

[Введите текст]

Механические характеристики при этом способе регулирования показаны на рис.13.

n2 ( об / мин )

с

с'

n2 n2

0

М(H×м)

МН = МС

Рис. 13

На рис. 13: точка «с» соответствует номинальному (устойчивому) режиму.

Достоинства:

∙простота реализации этого способа регулирования, например, с помощью магнитных пускателей (переключающих устройств).

Недостатки:

∙ступенчатое регулирование частоты вращения ротора n2. Область применения:

∙электроприводы насосов, вентиляторов небольшой мощности, где не требуется качественного (плавного) регулирования.

2.5. Способы пуска асинхронного электродвигателя

При пуске асинхронный двигатель потребляет пусковой ток, который в 5÷10 раз превышает номинальный I1H . Из за большого пускового тока I Пуск

происходит снижение питающего напряжения U1Ф , из-за этого нарушаются режимы работы остальных потребителей.

Рассмотрим причину повышения потребляемого тока при пуске на примере упрощенной схемы замещения асинхронного двигателя (рис.14).

21

[Введите текст]

I 1	RK	X K

R'2 (1-S)

U 1ф ~

S

Рис. 14

На рис.14:

RК, XК– активное и индуктивное сопротивление обмоток двигателя;

R'2 (1 − S ) – активное сопротивление, обусловленное скольжением.

S

При пуске частота вращения n2= 0, поэтому скольжение S = 1 и активное

сопротивление	R'2 (1 − S )		= 0 . Двигатель потребляет из сети максимальный
	S
(пусковой) ток I Пуск .
По мере разгона ротора частота вращения n2 увеличивается, скольжение
уменьшается S → 0 ,		возрастает активное сопротивление		R'2	(1 − S )	> 0 ,

S

соответственно уменьшается ток статора I П → I1H .

График изменения тока статора I1 показан на рис.15.

I1 (A)

Iпуск

I1Н

0

t (c)

Рис. 15

Существуют следующие способы пуска асинхронного электродвигателя:

22

[Введите текст]

∙прямой пуск;

∙пуск с ограничением пускового тока (параметрический пуск).

При прямом пуске двигатель пускается непосредственно включением в сеть. Схема реализации этого пуска показана на рис. 16.

6-10 кВ

SHT

380/220 В

QF1

QF2

Д1	Д2

Рис. 16

На рис.16 представлена трехфазная схема электроснабжения в однолинейном исполнении. Схема электроснабжения состоит из питающей высоковольтной сети 6 ÷ 10 кВ и понижающего трансформатора Т номинальной мощности SHT (кВА). Этот трансформатор понижает напряжение 6 ÷ 10 кВ на 380/220 В, от которого через автоматические выключатели QF1 и QF2 получают питание двигатели Д1 и Д2.

Прямой пуск двигателей производится путем включения автоматов QF1

и QF2.

При прямом пуске асинхронного двигателя накладывается следующее ограничение: мощность SНД двигателя не должна превышать 30% мощности

питающего трансформатора

SНД ≤ 30%SHT

23

[Введите текст]

При превышении этого предела используется второй способ пуска.

При пуске с ограничением пускового тока изменяются следующие параметры:

∙изменение (уменьшение) подводимого напряжения U1Φ к обмотке статора на время пуска, при этом уменьшается пусковой ток.

∙включением дополнительных резисторов в цепь обмотки ротора на время пуска, только для двигателей с фазным ротором.

Для изменения (уменьшения) подводимого напряжения U1Φ к обмотке статора на время пуска существуют следующие способы реализации:

∙питание обмотки статора через автотрансформатор, который уменьшает подводимое напряжение, а по мере разгона ротора доводит его до номинального;

∙питание обмотки статора через последовательно включенные резисторы. После завершения пуска резисторы закорачиваются;

∙при пуске обмотку статора включают на «звезду» (рис. 6.12), после разгона ротора переключают на «треугольник», при этом

I пускλ = I пуск

3

		Из-за того, что пусковой момент пропорционален квадрату напряжения
M	n	≡U 2 , момент значительно снижается, поэтому этот способ пуска
		1Φ
применим для электроприводов с легкими условиями пуска.
		Для двигателя с фазным ротором при пуске включают максимальное
дополнительное сопротивление RД в цепь ротора,			что позволяет уменьшить
пусковой ток Iпуск и увеличить пусковой момент			M n , который становится
равным критическому M KP
		M n = M KP .

По мере разгона ротора с помощью дополнительного устройства доводят сопротивление RД до нуля (RД = 0) и двигатель работает на

естественной механической характеристике.

24

[Введите текст]

2.6. Рабочие характеристики асинхронного электродвигателя

Под рабочими характеристиками понимаются зависимости тока статора I1 , момента M , частоты вращения n2 , скольжения S, коэффициента полезного действия η , и коэффициента мощности cosϕ от мощности на валу двигателя P2 .

I1 , M , n2 , S, η, cosϕ = f (P2 )

Эти характеристики снимаются при следующих условиях:

U1Φ = const , f1 = const , RД = const .

Вид рабочих характеристик показан на рис.17.

Проанализируем полученные зависимости, изображенные на рис. 17, где PH – номинальная мощность двигателя (кВт).

Ток статораI1 . Ток статора при отсутствии нагрузки (P2 = 0) равен току холостого хода (I1 = I10 ), который вследствие наличия воздушного зазора между статором и ротором имеет существенную величину. При увеличении мощности на валу ток возрастает, по линейному закону. При мощности P2 = PH магнитная система машины насыщена и потребляемый ток I1 почти не изменяется.

I,M,n2 S, η, cosφ

	n2	= n1				I1
					M
						cos φ
					n2
	I10				S
					η

0	PН	P (кВт)
	Рис. 17

25

[Введите текст]

Момент двигателя М. Зависимость момента двигателя М и мощности на валу P2 линейна (см. п. 6.2.5), поэтому с ростом нагрузки возрастает и момент двигателя.

Частота вращенияn2 . При холостом ходе, когда P2 = 0 , частота вращения ротора n2 примерно равняется частоте вращения магнитного поля n2 ≈ n1 . С ростом нагрузки P2 частота вращения ротора уменьшается, причем в рабочей части механической характеристики эта зависимость остается линейной.

СкольжениеS. При холостом ходе P2 = 0 , когда n2 ≈ n1 скольжение имеет минимальную величину. С ростом нагрузки частота вращения n2

линейно уменьшается, соответственно линейно увеличивается скольжение

(6.2).

Коэффициент полезного действияη . КПД определяется формулой:

	η =	P2	=	P2		,
		P		P + P
	1			2	Σ
где P1 – активная мощность, потребляемая из сети;
PΣ = PM + PЭ1 + PЭ2 + Pмех + Pдоб					(кВт) – суммарные потери мощности,

равные сумме потерь мощности в магнитопроводе PM , электрических потерь в статоре PЭ1 и роторе PЭ2 , механических потерь Pмех и добавочных потерь мощности Pдоб .

При отсутствии нагрузки P2 = 0 КПД равен нулю. С увеличением нагрузки КПД растет и принимает наибольшее значение ηmax = 0,83 ÷ 0,85

при условии,		что постоянные				потери мощности			в электродвигателе
PM + Pмех	+ Pдоб	оказываются равными						переменным	потерям мощности
PЭ1 + PЭ2	в нем (при P2 ≈ PH ).					При		дальнейшем росте нагрузки		КПД
уменьшается.
Коэффициент мощностиcosϕ : Характер зависимости										cosϕ
определяется выражением:
		cosϕ =		P
				1			.
				3U1I1
										26

[Введите текст]

При холостом ходе, когда P2 = 0 , cosϕ достигает наименьшего значения cosϕ0 = 0,2 ÷ 0,3 . С увеличением нагрузки cosϕ увеличивается и достигает при номинальной нагрузке P2 = PH значения 0,83÷0,89. С увеличением нагрузки больше номинальной наблюдается некоторое снижение cosϕ за счет увеличения падения напряжения на индуктивном сопротивлении обмотки статора асинхронного двигателя.

3.Синхронный двигатель трёхфазного переменного тока

3.1.Устройство и принцип работы

Конструктивная схема трехфазного синхронного двигателя показана на рис. 18.

A(L1) B(L2) С( L3)

	2		RB
	3		+
		OB	n1
			n2
			U B

1

-

Рис. 18

Синхронный двигатель (СД) состоит из неподвижной части 1, именуемой статором, и подвижной 3, именуемой ротором. Статор выполнен аналогично статору асинхронного двигателя. По окружности статора в пазах размещена трехфазная статорная обмотка 2, которая может быть соединена или в «звезду» (U Л = 380 B), или в «треугольник»

(U Л = 220 B). На роторе размещена обмотка возбуждения (ОВ),

представляющая собой электромагнит постоянного тока и получающая питание от источника постоянного напряжения.

27

[Введите текст]

Если частота вращения ротора n2 ≤1000 об/мин, то ротор выполняется в явнополюсном исполнении (рис 18), если же n2 >1000 об/мин, то ротор выполняется в неявнополюсном исполнении.

При подаче к трехфазной обмотке статора трехфазного напряжения в ней образуется вращающееся магнитное поле с синхронной частотой вращения

n =	60 f1	(об/мин),	(21)
1	ρ

где f1 – частота питающей сети (Гц);

ρ – число пар магнитных полюсов, ρ =1, 2, 3...

Вращающееся магнитное поле, взаимодействуя с однонаправленным магнитным полем обмотки возбуждения, создает электромагнитный (вращающий) момент, который разгоняет ротор до частоты вращения

	n	= n =	60 f1	,	(22)
			ρ
	2	1

Так как частоты вращения магнитного поля и ротора одинаковы, двигатель называется синхронным.

Рассмотрим, как образуется электромагнитный момент М синхронного двигателя (рис. 12).

2

статор N

F1

S

N

F2

N

F1

S

N

F2

S	S
а) Мс = 0	б) Мс > 0

Рис. 19

28

F1, F 2

[Введите текст]

На рис.19 показано взаимодействие магнитных полюсов статорной обмотки (N-S) и обмотки возбуждения (S-N) в двух случаях:

а) момент сопротивления M C = 0 (холостой ход);

б) момент сопротивления M C > 0 .

При холостом ходе M C = 0 оси магнитных полей статора и обмотки

возбуждения, а также силы взаимодействия F1, F 2 между полюсами

направлены по одной прямой и не создают вращающего (электромагнитного) момента M = 0 .

При нагрузке M C > 0 оси магнитных полей статора и обмотки возбуждения образуют между собой угол θ. Силы взаимодействия между

полюсами создают вращающий (электромагнитный) момент,

который компенсирует момент нагрузки M = M C , и двигатель работает с электромагнитным моментом.

Если синхронная машина работает с отставанием магнитного поля обмотки возбуждения (угол θ), то такой режим называется двигательным, если опережает (угол θ2), то синхронная машина переходит в генераторный режим.

3.2. Схема замещения трёхфазного синхронного двигателя

Синхронный двигатель (С.Д.) состоит из трех симметричных фаз, поэтому достаточно рассмотреть схему замещения одной фазы (рис. 20).

I C X C

E0

U 1ф ~

Рис. 20

29

[Введите текст]

На рисунке 20 показано:

U1Φ , IC – напряжение и ток статора статорной обмотки;

X C – индуктивное сопротивление статорной обмотки (Ом);

E0 – ЭДС, наводимая	магнитным потоком обмотки возбуждения в
статорной обмотке. ЭДС	E0 пропорциональна току возбуждения
I B (E0 ≡ I B ).

Составим уравнение электрического состояния статорной обмотки:

∙	∙	∙
U 1Φ = E 0		+ jX C I C	(23)

Векторная диаграмма для схемы замещения показана на рис. 21.

							∙
						jX C I C
			∙				∙
			U1Φ
			θ				E0
							∙
							I C
						φ
			Рис. 21
Построение	векторной		диаграммы		начинаем с			вектора	фазного
∙									∙
напряжения U 1Φ .	Под углом сдвига фаз ϕ строим вектор тока статора I C .
		∙	под углом 900					∙
Далее, из конца вектора U 1					к вектору тока I C строим вектор
		Φ						∙
падения напряжения		на индуктивном		сопротивлении				jX C I C .	Соединив
∙						∙			∙
начало вектора U 1Φ		и начало вектора		jX C I C , получаем вектор ЭДС E 0 и

∙∙

угол θ между векторами U 1Φ и E 0 .

30