Асинхронный двигатель характеристики короткого замыкания

Асинхронный двигатель характеристики короткого замыкания

Электрическая машина во многом схожа по принципу работы с электрическим трансформатором. В особенности это касается электрических машин переменного тока. В самом деле, ведь статорная обмотка или обмотка возбуждения аналогичны первичной обмотке трансформатора. Роль вторичной обмотки выполняет роторная обмотка асинхронного двигателя или обмотка статора двигателя синхронного.

Конечно, эти аналогии условны и иногда неявны. Существенным отличием асинхронного двигателя является то, что его «вторичная» обмотка под воздействием переменного электромагнитного поля приходит в движение. Возникает электромагнитный момент.

А из-за движения ротора ток в его обмотке имеет частоту намного меньшей частоты по сравнению с частотой тока статорной цепи. У двигателей же постоянного тока с трансформаторами есть еще меньше общего в принципе работы.

Трансформаторов на постоянном токе просто не существует. Однако электромагнитная связь между первичной и вторичной обмотками – это общая черта для всех электрических машин и трансформаторов.

И по аналогии с трансформатором для любого двигателя возможен режим короткого замыкания вторичной обмотки. При этом речь идет не о выходе на естественную характеристику электрической машины, когда в роторной или якорной цепи отсутствуют дополнительные регулировочные сопротивления – речь идет о случаях, когда из-за чрезмерной нагрузки на рабочем валу электромотор вынужден остановиться. При этом электромагнитный момент двигателя достигает максимального или близкого к максимальному (для асинхронников) значения.

Поскольку электромагнитный момент любого электромотора имеет прямую зависимость от величины потребляемого тока, то останов из-за повышенного статического момента сопротивления неизбежно ведет к многократным перегрузкам двигателя по току. Именно поэтому подобный режим часто называют «режимом короткого замыкания электродвигателя».

Режимы короткого замыкания не так уж и редки в работе электродвигателей. Причиной их может стать неисправность трансмиссии, например, заклинивание редуктора. Возможен также неправильный расчет электропривода и выбор двигателя, не соответствующего по механическим характеристикам.

Для многодвигательных электроприводов переход в режим короткого замыкания может быть связан с выходом одного или нескольких электродвигателей из строя.

Значительная часть электроприводов может быть технологически перегружена настолько, что электродвигатель не сможет развить необходимый момент, и перейдет в режим короткого замыкания. Это, например, привод грузоподъемных машин, транспортный, конвейерный привод. Электротехнологический персонал, работающий с установками, использующими подобный привод, в обязательном порядке получает инструкции, касающиеся механических перегрузок и действий при их возникновении.

Но полагаться в вопросах защиты привода от перегрузок по току исключительно только на грамотность персонала не следует. Поэтому приводные двигатели принято защищать при помощи максимально-токовых реле (например РЭО-411), блок-контакты которых включаются в цепь управления двигателя.

Для граничных положений, в которых механизм привода должен остановиться естественным образом, предусматривают концевые выключатели путевой защиты. Таким образом, двигатель защищается от режима короткого замыкания, если, допустим, механизм дошел до тупиковых упоров.

Для ответственных и мощных электроприводов нередко формируют искусственную электромеханическую характеристику, получившую название «экскаваторной». Формируется она при помощи тиристорных преобразователей либо другой полупроводниковой техники, и суть ее сводится к тому, что двигатель прекращает свое вращение сразу после возникновения недопустимой нагрузки без перехода в режим короткого замыкания и превышения тока. Экскаваторная характеристика состоит из двух частей: жесткой рабочей части и почти вертикальной характеристики, на которой привод останавливается.

Электрические машины и привод ЭМП3М-С-К. Цена 780600 руб.

НАЗНАЧЕНИЕ КОМПЛЕКТА

Предназначен, для проведения лабораторных занятий по учебной дисциплине «Электрические машины, электромеханика» и смежным с ней.

Перечень базовых экспериментов (лабораторных работ), которые выполняются на комплекте типового лабораторного оборудования «Электрические машины и привод» ЭМП3-С-К

Электрические машины
1. Однофазные трансформатор и автотрансформатор.
1.1. Определение коэффициента трансформации однофазного трансформатора.
1.2. Снятие и определение характеристик холостого хода I=f(U), Р=f(U), cosφ= f(U) однофазного трансформатора.
1.3. Снятие и определение характеристик короткого замыкания I_К=f(U), Р_К=f(U), cosφ_К= f(U) однофазного трансформатора.
1.4. Снятие внешней характеристики U=f(I) однофазного трансформатора при активной нагрузке.
1.5. Определение рабочих характеристик I₁=f(P₂), P₁=f(P₂), η=f(P₂), cosφ=f(P₂) однофазного трансформатора при активной нагрузке.
1.6. Определение коэффициента трансформации однофазного автотрансформатора.
1.7. Снятие и определение характеристик холостого хода I=f(U), Р=f(U), cosφ= f(U) однофазного автотрансформатора.
1.8. Снятие и определение характеристик короткого замыкания I_К=f(U), Р_К=f(U), cosφ_К= f(U) однофазного автотрансформатора.
1.9. Снятие внешней характеристики U=f(I) автотрансформатора при активной нагрузке.
2. Генераторы постоянного тока.
2.1. Снятие характеристики холостого хода E=f(I_f) генератора постоянного тока с независимым возбуждением.
2.2. Снятие характеристики короткого замыкания I_К=f(I_f) генератора постоянного тока с независимым возбуждением.
2.3. Определение внешней U=f(I), регулировочной I_f= f(I) и нагрузочной U=f(I_f) характеристик генератора постоянного тока с независимым возбуждением.
2.4. Определение внешней U=f(I), регулировочной I_f= f(I) и нагрузочной U=f(I_f) характеристик генератора постоянного тока с параллельным возбуждением.
3. Двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением.
3.1. Определение механической характеристики n=f(M) двигателя постоянного токас параллельным возбуждением.
3.2. Определение рабочих характеристик n=f(P₂), P₁=f(P₂), M=f(P₂), η=f(P₂) двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением.
4. Трехфазный асинхронный генератор
4.1. Снятие характеристик мощности Р=f(n), Q=f(n) трехфазного асинхронного генератора.
4.2. Снятие характеристик идеального холостого хода I=f(U), Q=f(U) трехфазного асинхронного генератора.
4.3. Снятие и определение нагрузочных характеристик I=f(P), Q=f(P), cosφ=f(P), n=f(P) трехфазного асинхронного генератора при параллельной работе с сетью промышленной частоты.
5. Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.
5.1. Снятие и определение характеристик холостого хода I=f(U), Р=f(U), cosφ=f(U) трехфазного асинхронного двигателяс короткозамкнутым ротором.
5.2. Снятие и определение характеристик короткого замыкания I_К=f(U), Р_К=f(U), cosφ_К=f(U) трехфазного асинхронного двигателяс короткозамкнутым ротором.
5.3. Определение механической характеристики n=f(M) трехфазного асинхронного двигателяс короткозамкнутым ротором.
5.4. Определение рабочих характеристик I=f(P₂), P₁=f(P₂), s=f(P₂), η=f(P₂), cosφ=f(P₂), M=f(P₂) трехфазного асинхронного двигателяс короткозамкнутым ротором.
6. Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором.
6.1. Определение механической характеристики n=f(M) трехфазного асинхронного двигателяс фазным ротором.
6.2. Определение рабочих характеристик I=f(P₂), P₁=f(P₂), s=f(P₂), η=f(P₂), cosφ=f(P₂), M=f(P₂) трехфазного асинхронного двигателяс фазным ротором.
7. Трехфазный синхронный генератор
7.1. Снятие характеристики холостого хода E=f(I_f) трехфазного синхронного генератора.
7.2. Снятие характеристики короткого замыкания I_К=f(I_f) трехфазного синхронного генератора.
7.3. Снятие внешней U=f(I), регулировочной I_f= f(I) и нагрузочной U=f(I_f) характеристик трехфазного синхронного генератора.
7.4. Подключение к сети трехфазного синхронного генератора методом точной синхронизации.
7.5. Подключение к сети трехфазного синхронного генератора методом самосинхронизации.
7.6. Снятие угловых характеристик P=f(δ), Q=f(δ), U=f(δ) трехфазного синхронного генератора.
7.7. Снятие U-образной характеристики I=f(I_f) трехфазного синхронного генератора.
8. Трехфазный синхронный двигатель
8.1. Пуск трехфазного синхронного двигателя.
8.2. Снятие угловых характеристик P=f(δ), Q=f(δ), U=f(δ) трехфазного синхронного двигателя.
8.3. Снятие U-образной характеристики I=f(I_f) трехфазного синхронного двигателя.

Электрический привод
9. Неавтоматизированный электропривод с двигателем постоянного тока параллельного возбуждения
9.1. Регулирование частоты вращения двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением изменением сопротивления реостата в цепи якоря.
9.2. Регулирование частоты вращения двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением изменением напряжения якоря при питании от источника ЭДС.
9.3. Регулирование частоты вращения двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением изменением напряжения якоря при питании от тиристорного преобразователя.
9.4. Определение координат электропривода с двигателем постоянного тока параллельного возбуждения в генераторном, двигательном и тормозном режима.
10. Неавтоматизированный электропривод с трехфазным асинхронным двигателем
10.1. Регулирование частоты вращения трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором изменением напряжения статора.
10.2. Регулирование частоты вращения трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором согласованным изменением частоты и напряжения статора.
10.3. Регулирование частоты вращения трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором изменением сопротивления реостата в цепи ротора.
10.4. Определение координат электропривода системы «Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором – электрическая сеть промышленной частоты» в генераторном, двигательном и тормозном режимах.
10.5. Определение координат электропривода системы «Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором – преобразователь частоты» в генераторном, двигательном и тормозном режимах.
11. Неавтоматизированный электропривод с синхронным двигателем
11.1. Регулирование реактивной мощности трехфазного синхронного двигателя изменением возбуждения.
11.2. Определение координат электропривода системы «Трехфазный синхронный двигатель – электрическая сеть промышленной частоты» в генераторном и двигательном режимах.
12. Автоматизированные замкнутые электропривода.
12.1. Электропривод системы «Тиристорный преобразователь – двигатель постоянного тока независимого возбуждения с регулированием по скорости».
12.2. Электропривод системы «Тиристорный преобразователь – двигатель постоянного тока независимого возбуждения с подчиненным регулированием по скорости».
12.3. Электропривод системы «Тиристорный преобразователь — двигатель постоянного тока независимого возбуждения с подчиненным регулированием по напряжению».
12.4. Электропривод системы «Преобразователь частоты — асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором с регулированием по скорости».

СОСТАВ АППАРАТНОЙ ЧАСТИ

• Трехфазный источник питания
• Источник питания двигателя постоянного тока
• Тиристорный преобразователь/регулятор
• Возбудитель синхронной машины
• Преобразователь частоты
• Однофазный источник питания
• Трехполюсный выключатель
• Терминал
• Активная нагрузка
• Реостат для цепи ротора машины переменного тока
• Линейный реактор
• Блок синхронизации
• Выпрямитель
• Реостат
• Трехфазная трансформаторная группа
• Трехфазный регулируемый автотрансформатор
• Блок регуляторов
• Измеритель напряжений и частот
• Указатель угла нагрузки синхронной машины
• Указатель частоты вращения
• Измеритель мощностей
• Блок мультиметров (3 мультиметра)
• Вольтметр
• Амперметр
• Лабораторный стол с двухуровневой рамой
• Лабораторный стол с двухсекционным контейнером и двухуровневой рамой
• Набор аксессуаров для комплекта ЭМП3-Н-К
• USB осциллограф АКИП-4107 (5 МГц) или аналог
• Нетбук
• Электромашинный агрегат (с машиной постоянного тока 101.2, машиной переменного тока 102.1 и преобразователем углового перемещения)

ПРОГРАМНОЕ И МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

• Руководство по выполнению базовых экспериментов «Электрические машины и привод»
• Сборник руководств по эксплуатации компонентов аппаратной части комплекта ЭМП3-С-К

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Механическая характеристика асинхронного двигателя

Механической характеристикой двигателя называется зависимость частоты вращения ротора от момента на валу n = f (M2) . Так как при нагрузке момент холостого хода мал, то M2 ≈ M и механическая характеристика представляется зависимостью n = f (M) . Если учесть взаимосвязь s = (n1 — n) / n1 , то механическую характеристику можно получить, представив ее графическую зависимость в координатах n и М (рис. 1).

Рис. 1. Механическая характеристика асинхронного двигателя

Естественная механическая характеристика асинхронного двигателя соответствует основной (паспортной) схеме его включения и номинальным параметрам питающего напряжения. Искусственные характеристики получаются, если включены какие-либо дополнительные элементы: резисторы, реакторы, конденсаторы. При питании двигателя не номинальным напряжением характеристики также отличаются от естественной механической характеристики.

Механические характеристики являются очень удобным и полезным инструментом при анализе статических и динамических режимов электропривода.

Пример расчета механической характеристики асинхронного двигателя

Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором питается от сети с напряжением = 380 В при = 50 Гц. Параметры двигателя: P н= 14 кВт, n н= 960 об/мин, cos φн = 0,85, ηн = 0,88, кратность максимального момента k м= 1,8.

Определить: номинальный ток в фазе обмотки статора, число пар полюсов, номинальное скольжение, номинальный момент на валу, критический момент, критическое скольжение и построить механическую характеристику двигателя.

Решение. Номинальная мощность, потребляемая из сети

P1 н = P н / ηн = 14 / 0,88 = 16 кВт.

Номинальный ток, потребляемый из сети

Число пар полюсов

p = 60 f / n1 = 60 х 50 / 1000 = 3,

где n1 = 1000 – синхронная частота вращения, ближайшая к номинальной частоте n н= 960 об/мин.

s н = (n1 — n н ) / n1 = (1000 — 960 ) / 1000 = 0,04

Номинальный момент на валу двигателя

Мк = k м х Мн = 1,8 х 139,3 = 250,7 Н•м.

Критическое скольжение находим подставив М = Мн, s = s н и Мк / Мн = k м.

Для построения механической характеристики двигателя с помощью n = (n1 — s) определим характерные точки: точка холостого хода s = 0 , n = 1000 об/мин, М = 0, точка номинального режима s н = 0,04, n н = 960 об/мин, Мн = 139,3 Н•м и точка критического режима s к = 0,132, n к = 868 об/мин, Мк =250,7 Н•м.

Для точки пускового режима s п = 1, n = 0 находим

По полученным данным строят механическую характеристику двигателя. Для более точного построения механической характеристики следует увеличить число расчетных точек и для заданных скольжений определить моменты и частоту вращения.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Виды электрической защиты асинхронных электродвигателей

Двигатели трехфазного переменного тока напряжением до 500 в при мощностях от 0,05 до 350 – 400 кВт являются наиболее распространенным видом электродвигателей.

Надежная и бесперебойная работа электродвигателей обеспечивается в первую очередь надлежащим выбором их по номинальной мощности, режиму работы и форме исполнения. Не меньшее значение имеет также соблюдение необходимых требований и правил при составлении электрической схемы, выборе пускорегулирующей аппаратуры, проводов и кабелей, монтаже и эксплуатации электропривода.

Аварийные режимы работы электродвигателей

Даже для правильно спроектированных и эксплуатируемых электроприводов при их работе всегда остается вероятность появления режимов, аварийных или ненормальных для двигателя и другого электрооборудования.

К аварийным режимам относятся:

1. Короткие замыкания

Короткие замыкания являются наиболее опасными аварийными режимами в электроустановках. В большинстве случаев они возникают из-за пробоя или перекрытия изоляции. Токи короткого замыкания иногда достигают величин, в десятки и сотни раз превосходящих значения токов нормального режима, а их тепловое воздействие и динамические усилия, которым подвергаются токоведущие части, могут привести к повреждению всей электроустановки;

2. тепловые перегрузки электродвигателя из-за прохождения по его обмоткам повышенных токов:

Тепловые перегрузки вызывают в первую очередь ускоренное старение и разрушение изоляции двигателя, что приводит к коротким замыканиям, т.е. к серьезной аварии и преждевременному выходу двигателя из строя.

Виды защиты асинхронных электродвигателей

Для того чтобы защитить электродвигатель от повреждений при нарушении нормальных условий работы, а также своевременно отключить неисправный двигатель от сети, предотвратив или ограничив тем самым развитие аварии, предусматриваются средства защиты.

Главным и наиболее действенным средством является электрическая защита двигателей, выполняемая в соответствии с «Правилами устройства электроустановок» (ПУЭ).

В зависимости от характера возможных повреждений и ненормальных режимов работы различают несколько основных наиболее распространенных видов электрической защиты асинхронных двигателей.

Защита асинхронных электродвигателей от коротких замыканий

Защита от коротких замыканий отключает двигатель при появлении в его силовой (главной) цепи или в цепи управления токов короткого замыкания.

Аппараты, осуществляющие защиту от коротких замыканий (плавкие предохранители, электромагнитные реле, автоматические выключатели с электромагнитным расцепителем), действуют практически мгновенно, т. е. без выдержки времени.

Защита асинхронных электродвигателей от перегрузки

Защита от перегрузки предохраняет двигатель от недопустимого перегрева, в частности и при сравнительно небольших по величине, но продолжительных тепловых перегрузках. Защита от перегрузки должна применяться только для электродвигателей тех рабочих механизмов, у которых возможны ненормальные увеличения нагрузки при нарушениях рабочего процесса.

Аппараты защиты от перегрузки (температурные и тепловые реле, электромагнитные реле, автоматические выключатели с тепловым расцепителем или с часовым механизмом) при возникновении перегрузки отключают двигатель с определенной выдержкой времени, тем большей, чем меньше перегрузка, а в ряде случаев, при значительных перегрузках, — и мгновенно.

Защита асинхронных электродвигателей от понижения или исчезновения напряжения

Защита от понижения или исчезновения напряжения (нулевая защита) выполняется с помощью одного или нескольких электромагнитных аппаратов, действует на отключение двигателя при перерыве питания или снижении напряжения сети ниже установленного значения и предохраняет двигатель от самопроизвольного включения после ликвидации перерыва питания или восстановления нормального напряжения сети.

Специальная защита асинхронных электродвигателей от работы на двух фазах предохраняет двигатель от перегрева, а также от «опрокидывания», т. е. остановки под током вследствие снижения момента, развиваемого двигателем, при обрыве в одной из фаз главной цепи. Защита действует на отключение двигателя.

В качестве аппаратов защиты применяются как тепловые, так и электромагнитные реле. В последнем случае защита может не иметь выдержки времени.

Другие виды электрической защиты асинхронных электродвигателей

Существуют и некоторые другие, реже встречающиеся виды защиты (от повышения напряжения, однофазных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью, увеличения скорости вращения привода и т. п.).

Электрические аппараты, применяемые для защиты электродвигателей

Аппараты электрической защиты могут осуществлять один или сразу несколько видов защит. Так, некоторые автоматические выключатели обеспечивают защиту от коротких замыканий и от перегрузки. Одни из аппаратов защиты, например плавкие предохранители, являются аппаратами однократного действия и требуют замены или перезарядки после каждого срабатывания, другие, такие как электромагнитные и тепловые реле, — аппараты многократного действия. Последние различаются по способу возврата в состояние готовности на аппараты с самовозвратом и с ручным возвратом.

Выбор вида электрической защиты асинхронных электродвигателей

Защита асинхронных электродвигателей от понижения или исчезновения напряженияВыбор того или иного вида защиты или нескольких одновременно производится в каждом конкретном слу­чае с учетом степени ответственности привода, его мощности, условий работы и порядка обслуживания (наличия или отсутствия постоянного обслуживающего персонала).

Большую пользу может принести анализ данных по аварийности электрооборудования в цехе, на строительной площадке, в мастерской и т. п., выявление наиболее часто повторяющихся нарушений нормальной работы двигателей и технологического обору­дования. Всегда следует стремиться к тому, чтобы защита была по возможности простой и надежной в эксплуатации.

Для каждого двигателя независимо от его мощности и напряжения должна быть предусмотрена защита от коротких замыканий. Здесь нужно иметь в виду следующие обстоятельства. С одной стороны, защиту нужно отстроить от пусковых и тормозных токов двигателя, которые могут в 5—10 раз превышать его номинальный ток. С другой стороны, в ряде случаев коротких замыканий, например при витковых замыканиях, замыканиях между фазами вблизи от нулевой точки статорной обмотки, замыканиях на корпус внутри двигателя и т. п., защита должна срабатывать при токах, меньших пускового тока.

Одновременное выполнение этих противоречивых требований с помощью простых и дешевых средств защиты представляет большие трудности. Поэтому система защиты низковольтных асинхронных двигателей строится при сознательном допущении, что при некоторых отмеченных выше повреждениях в двигателе последний отключается защитой не сразу, а лишь в процессе развития этих повреждений, после того как значительно возрастет ток, потребляемый двигателем из сети.

Одно из важнейших требований к устройствам защиты двигателей – четкое действие ее при аварийных и ненормальных режимах работы двигателей и вместе с тем недопустимость ложных срабатываний. Поэтому аппараты защиты должны быть правильно выбраны и тщательно отрегулированы.

Популярные товары