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

Что такое критическое скольжение асинхронного двигателя

§78. Режимы работы асинхронных двигателей

Режимы работы асинхронных двигателей.

Холостой ход.

Если пренебречь трением и магнитными потерями в стали (идеализированная машина), то ротор асинхронного двигателя при холостом ходе вращался бы с синхронной частотой n=n1 в ту же сторону, что и поле статора; следовательно, скольжение было бы равно нулю. Однако в реальной машине частота вращения ротора n при холостом ходе никогда не может стать равной частоте вращения n1, так как в этом случае магнитное поле перестанет пересекать проводники обмотки ротора и в них не возникнет электрический ток.

Поэтому двигатель в этом режиме не может развить вращающего момента и ротор его под влиянием противодействующего момента сил трения начнет замедляться. Замедление ротора будет происходить до тех пор, пока вращающий момент, возникший при уменьшенной частоте вращения, не станет равным моменту, создаваемому силами трения. Обычно при холостом ходе двигатель работает со скольжением s = 0,2-0,5 %.

При холостом ходе в асинхронном двигателе имеют место те же электромагнитные процессы, что и в трансформаторе (обмотка статора аналогична первичной обмотке трансформатора, а обмотка ротора—вторичной обмотке). По обмотке статора проходит ток холостого хода I, однако его значение в асинхронном двигателе из-за наличия воздушного зазора между ротором и статором значительно больше, чем в трансформаторе (20—40 % номинального тока по сравнению с 3—10 % у трансформатора). Для уменьшения тока I в асинхронных двигателях стремятся выполнить минимально возможные по соображениям конструкции и технологии зазоры.

Например, у двигателя мощностью 5 кВт зазор между статором и ротором обычно равен 0,2—0,3 мм. Ток холостого хода, так же как и в трансформаторе, имеет реактивную и активную составляющие. Реактивная составляющая тока холостого хода (намагничивающий ток) обеспечивает создание в двигателе требуемого магнитного потока, а активная составляющая — передачу в обмотку статора из сети энергии, необходимой для компенсации потерь мощности в машине в этом режиме.

Нагрузочный режим.

Чем больше нагрузочный момент на валу, тем больше скольжение и тем меньше частота вращения ротора. Увеличение скольжения при возрастании момента объясняется следующим образом. При увеличении нагрузки на валу ротора он начинает тормозиться и частота его вращения т уменьшается.

При достижении равенства моментов М = Мвн торможение прекратится и двигатель будет снова вращаться с постоянной частотой вращения, но меньшей, чем до увеличения нагрузки. При уменьшении нагрузочного момента Мвн частота вращения ротора по той же причине будет увеличиваться. Обычно при номинальной нагрузке скольжение для двигателей средней и большой мощности составляет 2—4 %, а для двигателей малой мощности от 5 до 7,5 %.

При работе двигателя под нагрузкой по обмоткам его статора и ротора проходят токи i1 и i2. Частота тока в обмотках статора f1 и ротора f2 определяется частотой пересечения вращающимся магнитным полем проводников соответствующей обмотки. Обмотка статора пересекается магнитным полем с частотой n1, а обмотка вращающегося ротора — с частотой n1 — n. Следовательно,

Передача электрической энергии из статора в ротор происходит так же, как и в трансформаторе. Двигатель потребляет из сети электрическую мощность Pэл = 3U1I1cosφ1 и отдает приводимому им во вращение механизму механическую мощность Рмх (рис. 260).

Рис. 260. Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя

В процессе преобразования энергии в машине имеют место потери мощности: электрические в обмотках статора ΔРэл1 и ротора ΔРэл2, магнитные ΔРм от гистерезиса и вихревых токов в ферромагнитных частях машины и механические ΔРмх от трения в подшипниках и вращающихся частей о воздух.

Из статора в ротор вращающимся электромагнитным полем передается электромагнитная мощность Pэм роторе она превращается в механическую мощность ротора Р’мх. Полезная механическая мощность на валу двигателя Pмх меньше мощности Р’мх на значение потерь мощности на трение ?Рмх.

При возрастании механической нагрузки на валу двигателя увеличивается ток I2. В соответствии с этим возрастает и ток I1 в обмотке статора.

Электромагнитный момент М создается в асинхронном двигателе в результате взаимодействия вращающегося магнитного поля с током I2, индуцируемым им в проводниках обмотки статора. Однако в создании его участвует не весь ток I2, а только его активная составляющая I2cosφ2 (здесь φ2 — угол сдвига фаз между током I2 и э. д. с. Е2 в обмотке ротора).

Фт — амплитуда магнитного потока, созданного обмоткой статора;

cм — постоянная, определяемая конструктивными параметрами данной машины и не зависящая от режима ее работы.

Поясним физический смысл формулы (84). На рис. 261 изображен ротор двухполюсного асинхронного двигателя в развернутом виде, на котором кружками показаны поперечные сечения проводников.

Крестики и точки внутри проводников обозначают направление в них тока i2, а под проводниками — направление индуцированных э. д. с. e2, которые пропорциональны индукции В в данной точке воздушного зазора между статором и ротором. Кривая В показывает распределение вдоль окружности ротора индукции, создаваемой вращающимся магнитным полем, кривая i2 — распределение тока в проводниках, а кривая f — распределение электромагнитных сил, возникающих в результате взаимодействия тока (а с вращающимся магнитным полем.

Электромагнитный вращающий момент М, создаваемый в результате совместного действия всех сил f, будет пропорционален среднему значению электромагнитной силы fср. Легко заметить, что к проводникам, лежащим на дуге, равной 180° — φ2, приложены силы f, увлекающие ротор за вращающимся магнитным полем, а на дуге φ2 — тормозящие силы. Поэтому при неизменном токе I2 среднее значение электромагнитной силы fср, а следовательно, и электромагнитный момент М будут тем больше, чем меньше угол φ2. Электромагнитный момент М зависит от скольжения s.

Рис. 261. Распределение индукции В, тока i2 и электромагнитных сил f, действующих на проводники асинхронного двигателя

Так, при увеличении скольжения возрастает э. д. с. Е2 в обмотке ротора и ток I2. Однако одновременно уменьшается cosφ2, так как активное сопротивление обмотки ротора R2 остается неизменным, а реактивное Х2 увеличивается (возрастает частота тока f2 в обмотке ротора).

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОПРАВКИ НА СКОЛЬЖЕНИЕ В ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМОМ АСИНХРОННОМ ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ

Афанасьев А.П.

Кандидат технических наук, Приамурский государственный университет имени «Шолом-Алейхема» г. Биробиджан

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОПРАВКИ НА СКОЛЬЖЕНИЕ В ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМОМ АСИНХРОННОМ ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ

Аннотация

Предложена усовершенствованная схема управления электроприводом в рабочих пределах изменения момента и скорости. Разработаны имитационные модели электропривода, имитирующие работу в обычном режиме и с учетом оптимизации скольжения.

Показано, что в заданных границах изменения нагрузочных моментов и оборотах привода по параметру эффективности предложенная модель управления дает более высокие результаты.

Предлагаемая схема управления с учетом оптимизации скольжения эффективнее, чем схема регулированием, за счет меньших электромагнитных потерь в обмотке ротора.

Ключевые слова: управляемый асинхронный электропривод, оптимизация скольжения, имитационная модель управления, частотно-регулируемый электропривод.

Читать еще:  Давление в цилиндрах двигателя рено логан

Afanasyev A.P.

PhD in Engineering, Sholem Aleichem Amur State University, Birobidzhan

DETERMINATION OF THE AMENDMENT TO SLIDE IN A FREQUENCY-REGULATED ASYNCHRONOUS ELECTRIC DRIVE

Abstract

An improved control scheme of the electric drive within the working limits of the torque and speed variation is proposed. Simulation models of the electric drive simulating the work in the normal mode and taking into account slip optimization are developed.

It is shown that within the given limits of variation of load moments and drive speeds by the efficiency parameter, the proposed control model gives better results.

The proposed control scheme, taking into account the slip optimization, is more effective than the control circuit, due to the smaller electromagnetic losses in the rotor winding.

Keywords: controlled asynchronous electric drive, slip optimization, simulation control model, frequency-controlled electric drive.

Введение

Асинхронные электродвигатели являются наиболее простыми в конструкции и, следовательно, недорогими в производстве. Данные качества определяют их основные конкурентные преимущества в сравнении с другими типами электропривода. Доля асинхронных электроприводов в промышленном производстве занимает порядка 70%.

К недостаткам асинхронных двигателей, до последнего времени, можно было отнести их слабую управляемость по скорости и моменту на валу двигателя. При низких нагрузках коэффициент полезного действия данных двигателей имеет тенденцию к резкому убыванию по причине возрастающих потерь обмотке и сердечнике статора [1, С 105], [2].

Для уменьшения этих потерь необходимо сбалансировать магнитный поток между статором и ротором, т.е. иметь возможность влиять на скорость (число оборотов) электропривода и напряжение статорных обмоток.

Достаточно много отраслей промышленного хозяйства, где востребованы электрические приводы с высокими показателями эффективности во всех рабочих диапазонах изменения нагрузки и частоты вращения. В качестве примера можно привести электроприводы горно-обогатительного оборудования.

Эффективность работы электропривода можно повысить за счет точного выбора параметров управляющих воздействий соответствующих текущим условиям работы.

Существует несколько способов управления скоростью асинхронного двигателя. Наиболее распространенные из них приведены на диаграмме, представленной на рис. 1.

Рис. 1 – Способы регулирования скорости асинхронного двигателя

Одним из традиционных способов управления двигателем является изменение величины питающего напряжения.

Развиваемый двигателем электромагнитный момент определяется в соответствии с соотношением:

Графически соотношение определяющее зависимость электромагнитного момента от скольжения, т.е. – (1) представлено на рис. 2.

Рис. 2 – Зависимость момента асинхронного двигателя от скольжения

Из соотношения (1) и графического представления зависимости видно, что электромагнитный момент пропорционален квадрату напряжения и сложным образом зависит от величины скольжения s.

В настоящее время в проектируемые системы управления асинхронными электроприводами используют «классическое» регулирование, которое позволяет обеспечить неизменность критического момента и, следовательно, постоянство перегрузочной способности двигателя практически во всем диапазоне регулирования скорости.

Исследования [3], [4], [5], [6] показали, что постоянство отношения напряжения статора к частоте не соответствует оптимальным параметрам энергопотребления асинхронного двигателя.

Для получения оптимальной эффективности работы привода во всех диапазонах изменения момента и скорости был предложен механизм компенсации скольжения, обобщенная функциональная схема которого представлена на рис 3. С помощью данной функциональной схемы реализуется алгоритм скалярного управления электроприводом. Подробное описание элементов схемы можно найти в [2, С 14].

Рис. 3 – Функциональная схема частотно-регулируемого электропривода со скалярным управлением

Управление (компенсация) скольжением возможно соответствующим выбором добавки напряжения к заданному напряжению на зажимах статора, которое на рис.3 имеет обозначение .

Существует несколько модификаций метода компенсации скольжения.

В данной статье предлагается метод, в основе которого лежит идея использования ПИД –регулятора, в частности, предложено дополнить систему управления интегральным регулятором.

Модель блока управления скольжением

Для компенсации скольжения относительно оптимального значения было предложено использовать интегральный регулятор (2), который позволяет получить значение добавочного напряжения не только для текущего отклонения скольжения от номинальной величины, но и учитывать всю «историю» данных отклонений [7].

В ходе реализации предложенного подхода для блока управления скольжением была создана имитационная SIMULINK модель [8], [10].

На рис. 4 представлена модель блока управления, которая является частью общей модели имитационного эксперимента по определению параметров эффективности работы асинхронного двигателя в различных тестовых режимах. Блоки, выделенные цветом, реализуют рабочий алгоритм интегрального ПИД регулятора.

Рис. 4 – Схема контроллера блока оптимизации скольжения

На рис. 5 представлена общая модель асинхронного электропривода с блоком оптимизации скольжения, в которой блок «S-controller» является системой управления питающего напряжения.

Рис. 5 – Имитационная модель асинхронного электропривода с блоком оптимизации скольжения

В качестве входных параметров блок «S-controller» принимает заданное значение частоты питающего напряжения – f, требуемое значение скольжения – s, обусловленное конструкцией двигателя и текущим режимом работы электропривода, и действительное значение скольжения – Slip, полученное с датчиков измерительных блоков электропривода.

На выходе блока «S-controller» получается значение питающего напряжения двигателя с учетом поправки на скольжение, полученной с помощью интегрального ПИД регулятора.

Результаты моделирования

На рисунке 6 представлены графики зависимости коэффициента полезного действия от нагрузочного момента и частоты вращения двигателя без учета компенсации скольжения и с учетом компенсации скольжения с применением интегрального ПИД регулятора.

Рис. 6 – Графики зависимости КПД двигателя от нагрузочного момента и частоты напряжения питания

Представленные графики показывают, что практически на всем диапазоне частот напряжения питания и изменения нагрузочного момента коэффициент полезного действия двигателя с блоком компенсации скольжения имеет более высокие значения.

В области малых частот и моментов нагрузки коэффициент полезного действия привода с интегральным регулятором превышает этот же показатель для привода с обычным регулированием на 30-40%.

На рис.7 представлен срез графика на частоте 10 Гц, из которого следует, что на данной частоте во всем диапазоне изменения нагрузочного момента КПД двигателя с интегральным регулятором превышает КПД двигателя с обычным регулированием

Рис. 7 – Срез графика КПД на частоте питающего напряжения 10 Гц

Рис. 8 иллюстрирует работу интегрального регулятора блока оптимизации скольжения при пониженных оборотах двигателя и нагрузочного момента, равного 15 Н*м.

Как видно из рис. 8 на начальном этапе имитации значение скольжения в моделях с оптимизацией и без оптимизации не определено и подвержено резким скачкам, так как этот период приходится на режим пуска двигателя.

Читать еще:  Что может цокотать в двигателе

В дальнейшем, по мере накопления интегралом «истории отклонений» скольжения от оптимального значения, скольжение в модели с интегральным регулятором принимает более низкие значения в сравнении с моделью, в которой используется обычное регулирование.

Меньшая величина скольжения приводит к уменьшению потерь в обмотке ротора, так как эти потери прямо пропорциональны скольжению , здесь – электромагнитная мощность двигателя [1], [9, С 216].

Рис. 8 – Значения скольжений асинхронного двигателя с учетом и без учета оптимизации при заданных условиях

Вывод

Предложенный алгоритм компенсации скольжения на основе интегрального компонента ПИД регулятора позволяет повысить коэффициент полезного действия асинхронного электропривода от 5 до 40% практически во всем диапазоне изменения момента нагрузки и частоты вращения.

Блок управления с интегральным регулятором позволяет работать приводу с меньшим скольжением, в результате чего уменьшаются потери в обмотке ротора, и, следовательно, повышается эффективность работы электропривода в целом.

В настоящее время реализация данного алгоритма управления электроприводом вполне осуществима на основе микропроцессорной техники.

Список литературы / References

  1. Вольдек А.И. Электрические машины. Машины переменного тока: учебник для вузов / А. И. Вольдек, В.В. Попов. – СПб.: Питер, 2010.– 350 с.
  2. Мальцева О.П. Системы управления электроприводов: Учебное пособие / О.П. Мальцева, Л.С. Удут, Н.В. Кояин. – Томск: Изд. ТПУ, 2007. -151 с.
  3. Sarhan H. Energy Efficient Control of Three-Phase Induction Motor Drive / H. Sarhan // Energy and Power Engineering. –2011. –Vol. 3. –P. 107-112.
  4. Ansari A. Induction Motor Efficiency Optimization Using Fuzzy Logic / A Ansari, D. M. Deshpande // International Journal of Advanced Engineering and Applications, –Vol. 1. –2010, –P. 177–180.
  5. W. Leonhard Controlled AC Drives, a Successful Transfer from Ideas to Industrial Practice / Leonhard W. // Control Engineering Practice. –1996. –Vol. 4(7). ––P. 897–908.
  6. Li J. A new efficiency optimization method on vector control of induction motor/ J. Li L. Xu Z. Zhang // Proc. IEEE Conf. Electrical Machines and Drives. –2005. –P. 1995-2001
  7. Ben Hamed M. A Digital Phase Locked Loop Speed Control of Three Phase Induction Motor Drive: Performances Analysis, International Journal of Energy and Power Engineering/ M. Ben Hamed, L. Sbita // EPE Journal. – Brussel, –2011. – Vol 3. – P. 61-68
  8. Черных И. В. Моделирование электротехнических устройств в MATLAB, SimPowerSystems и Simulink / И. В. Черных. – М.: ДМК Пресс, 2007. –288 с.
  9. Усольцев А.А. Электрические машины: учебное пособие. / А.А.Усольцев. – СПб: – НИУ ИТМО, 2013. – 416 с.
  10. Chee-Mun O. Dynamic Simulation of Electric Machinery using Matlab/Simulink / O. Chee-Mun. –New Jersey; Prentice-Hall, 1998. – 467 p.

Список литературы / References in English

Что такое критическое скольжение асинхронного двигателя

§ 107. Режимы работы асинхронного двигателя

Подключим обмотку статора к сети трехфазного переменного тока. Внутри статора возникает магнитное поле, вращающееся со скоростью n. Магнитные линии поля будут пересекать обмотку неподвижного ротора и индуктировать в ней э.д.с. E2s. Под действием э.д.с. Е2s в обмотке ротора будет протекать ток I2. Ток ротора, взаимодействуя с вращающимся магнитным полем, создает вращающий момент, под действием которого ротор начинает вращаться в сторону вращения поля со скоростью, меньшей скорости вращающегося поля. Если предположить, что ротор будет иметь такую же скорость вращения, как и магнитное поле, то токи в обмотке ротора исчезнут. С исчезновением токов в обмотке ротора прекратится взаимодействие их с магнитным полем и ротор станет вращаться медленнее вращающегося поля. При этом обмотка ротора вновь начнет пересекаться вращающимся полем и на ротор снова будет действовать вращающий момент. Следовательно, ротор при своем вращении всегда должен отставать от скорости вращения магнитного поля статора, т. е. вращаться с меньшей скоростью, почему эти двигатели и получили название асинхронных.

Если через n обозначить скорость вращения магнитного поля (синхронная скорость), а через n — скорость вращения ротора двигателя, то разность n — n будет называться скоростью скольжения. Отношение скорости скольжения к скорости вращающегося магнитного поля называется скольжением двигателя и обозначается буквой S.

Таким образом, скольжение

S =n — n,
n

Если, например, магнитное поле делает 1500, а ротор — 1450 об/мин, то скольжение

S =n — n=1500 — 1450= 0,033 = 3,3%.
n1500

В момент пуска двигателя, когда скорость ротора n = 0, скольжение

S =n= 1, или 100%,
n

при холостом ходе n ≈ n и поэтому скольжение

S =n — n≈ 0.
n

Скольжение асинхронного двигателя в зависимости от нагрузки меняется незначительно (1-6%). Чем больше мощность двигателя, тем меньше его скольжение.

Пример. Определить скольжение в процентах для шестиполюсного асинхронного двигателя, если ротор его делает 960 об/мин.

n =f160,
p

если f = 50 гц то

n =50⋅60= 1000 об/мин,
3
S =n — n=1000 — 960= 0,04, или 4%.
n1000

Асинхронная машина, работая в режиме двигателя, изменяет скорость вращения от n = 0 (момент пуска) до n ≈ n (холостой ход) и соответственно скольжение от S = +1 до S ≈ 0.

Скольжение S характеризует скорость пересечения обмоток ротора вращающимся магнитным полем. Поэтому с изменением скорости вращения двигателя изменяется скольжение S и соответственно изменяется частота э.д.с. и токов в роторе, что видно из уравнения

f2 =p(n — n)= pn /60n — n= f1 ⋅ S.
60n

При пуске двигателя

при холостом ходе

Например, если f1 = 50 гц, то при пуске f2 = 50 гц. При скольжении S = 2% частота тока в роторе

Наибольшее значение э.д.с. E2 в обмотке ротора асинхронного двигателя возникает в момент пуска, когда ротор неподвижен (n = 0, S = 1) и магнитный поток пересекает обмотку ротора с максимальной скоростью. Поэтому величина тока ротора, а следовательно, и тока статора в этот момент будет также наибольшей.

Особенно велик пусковой ток у асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором из-за отсутствия токоограничивающих сопротивлений в его цепи. Пусковой ток у этих двигателей может превышать номинальное значение тока в 5-7 раз:

В этом заключается основной недостаток асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.

У асинхронных двигателей с фазным ротором удается при помощи пускового реостата значительно уменьшить пусковой ток. У этих двигателей пусковой ток только в 2-2,5 раза больше номинального тока:

Электромагнитные процессы, происходящие в асинхронном двигателе, во многом подобны процессам, происходящим в трансформаторе.

Двигатель, как и трансформатор, имеет две обмотки, между которыми существует магнитная связь. Роль первичной обмотки трансформатора выполняет в двигателе обмотка статора, роль вторичной — обмотка ротора.

При работе асинхронного двигателя по обмоткам статора W1 и ротора W2 протекают соответственно токи I1 и I2, которые создают две намагничивающие силы W1I1 и W2I2. Совместным действием этих намагничивающих сил в машине создается результирующий магнитный поток Φ. Как и в трансформаторе, напряжение на зажимах обмотки статора U1 уравновешивается почти полностью э.д.с. Е1, индуктированной в этой обмотке вращающимся магнитным полем. Величина результирующего магнитного потока Φ определяется величиной напряжения U1 и почти не зависит от величины нагрузки.

Читать еще:  Что проверит после ремонта двигателя

Взаимное отношение токов статора и ротора в асинхронных двигателях аналогично соотношению первичного и вторичного токов в трансформаторе. Ток статора является намагничивающим, а ток ротора, согласно правилу Ленца, является размагничивающим.

При работе электродвигателя без нагрузки (холостой ход) скольжение S очень мало. С увеличением нагрузки на валу двигателя скорость вращения ротора уменьшается, а скольжение S увеличивается. В связи с этим возрастает скорость пересечения витков обмотки ротора вращающимся магнитным полем, а следовательно, увеличиваются индуктированная в роторе э.д.с. Е2 и ток I2. Так как результирующий магнитный поток Φ должен оставаться при этом неизменным, то возрастание размагничивающего тока I2 вызывает соответственно увеличение тока I1, потребляемого обмоткой статора из питающей сети. По амперметру, включенному в цепь статора, можно, таким образом, судить о нагрузке двигателя.

Разница между асинхронным двигателем и трансформатором заключается, во-первых, в конструкции магнитной цепи. У двигателя цепи (первичная и вторичная) разделены воздушным промежутком, чего не бывает у трансформаторов обычной конструкции. При работе двигателя ротор вместе с его обмоткой вращается.

Во-вторых, в асинхронном двигателе электрическая энергия, потребляемая из сети, за вычетом потерь в двигателе, преобразуется в механическую энергию, используемую для приведения во вращение машины, станка или механизма, соединенного с валом двигателя.

В электрическом двигателе потери складываются из электрических (в обмотках), магнитных (в стали магнитопровода) и механических (трение в подшипниках и трение вращающегося ротора о воздух). Эти потери вызывают нагревание обмоток и других частей машин.

Номинальная мощность электрического двигателя, так же как и трансформатора, определяется предельно допустимой температурой нагрева изоляции обмоток, т. е. главным образом предельно допустимым длительным номинальным током. В паспорте электрического двигателя указывается его номинальная мощность Рн (квт), т. е. механическая мощность на валу двигателя, которая может длительно отдаваться приводимой рабочей машине без перегрева обмоток двигателя. к.п.д. асинхронных двигателей при номинальной нагрузке находится в пределах 85-95% (верхний предел относится к двигателям большей мощности).

Пуск электродвигателя с фазным ротором

Пусковые свойства асинхронного двигателя зависят от особенностей его конструкции, в частности от устройства ротора.

Пуск асинхронного двигателя сопровождается переходным процессом машины, связанным с переходом ротора из состояния покоя в состояние равномерного вращения, при котором момент двигателя уравновешивает момент сил сопротивления на валу машины.

При пуске асинхронного двигателя имеет место повышенное потребление электрической энергии из питающей сети, затрачиваемое не только на преодоление приложенного к валу тормозного момента и покрытие потерь в самой асинхронном двигателе, но и на сообщение движущимся звеньям производственного агрегата определенной кинетической энергии. Поэтому при пуске асинхронный двигатель должен развить повышенный вращающий момент.

Для асинхронного двигателя с фазным ротором начальный пусковой момент, соответствующий скольжению sп= 1, зависит от активных сопротивлений регулируемых резисторов, введенных в цепь ротора.

Рис. 1. Пуск трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором: а — графики зависимости вращающего момента двигателя с фазным ротором от скольжения при различных активных сопротивлениях резисторов в цепи ротора, б — схема включения резисторов и замыкающих контактов ускорения в цепь ротора.

Так, при замкнутых контактах ускорения У1, У2, т. е. при пуске асинхронного двигателя с замкнутыми накоротко контактными кольцами, начальный пусковой момент Мп1 = (0,5 -1,0) Мном, а начальный пусковой ток Iп = (4,5 — 7) Iном и более.

Малый начальный пусковой момент асинхронного электродвигателя с фазным ротором может оказаться недостаточным для приведения в действие производственного агрегата и последующего его ускорения, а значительный пусковой ток вызовет повышенный нагрев обмоток двигателя, что ограничивает частоту его включений, а в маломощных сетях приводит к нежелательному для работы других приемников временному понижению напряжения. Эти обстоятельства могут явиться причиной, исключающей использование асинхронных двигателей с фазным ротором с большим пусковым током для привода рабочих механизмов.

Введение в цепь ротора двигателя регулируемых резисторов, называемых пусковыми, не только снижает начальный пусковой ток, но одновременно увеличивает начальный пусковой момент, который может достигнуть максимального момента Mmax (рис. 1, а, кривая 3), если критическое скольжение двигателя с фазным ротором

sкр = (R2′ + Rд’) / (Х1 + Х2′) = 1,

где Rд’ — активное сопротивление резистора, находящегося в фазе обмотки ротора двигателя, приведенное к фазе обмотки статора. Дальнейшее увеличение активного сопротивления пускового резистора нецелесообразно, так как оно приводит к ослаблению начального пускового момента и выходу точки максимального момента в область скольжения s > 1, что исключает возможность разгона ротора.

Необходимое активное сопротивление резисторов для пуска двигателя с фазным ротором определяют, исходя из требований пуска, который может быть легким, когда Мп = (0,1 — 0,4) Mном, нормальным, если Мп — (0,5 — 0,75) Мном, и тяжелым при Мп ≥ Мном.

Для поддержания достаточно большого вращающего момента двигателем с фазным ротором в процессе разгона производственного агрегата с целью сокращения длительности переходного процесса и снижения нагрева двигателя необходимо постепенно уменьшать активное сопротивление пусковых резисторов. Допустимое изменение момента в процессе разгона M(t) определяется электрическими и механическими условиями, лимитирующими пиковый предел момента М > 0,85Ммах, момент переключения М2 > > Мс (рис. 2), а также ускорение.

Рис. 2. Пусковые характеристики трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором

Переключение пусковых резисторов обеспечено поочередным включением контакторов ускорения Y1, Y2 соответственно в моменты времени t1, t2 отсчитываемые с момента пуска двигателя, когда в процессе разгона вращающий момент М становится равным моменту переключения М2. Благодаря этому на протяжении всего пуска все пиковые моменты получаются одинаковыми и все моменты переключения равны между собой.

Поскольку вращающий момент и ток асинхронного двигателя с фазным ротором взаимно связаны, то можно при разгоне ротора установить пиковый предел тока I1 = (1,5 — 2,5) Iном и ток переключения I2, который должен обеспечить момент переключения М2 > Мc.

Отключение асинхронных двигателей с фазным ротором от питающей сети всегда выполняют при цепи ротора, замкнутой накоротко, во избежание появления перенапряжений в фазах обмотки статора, которые могут превысить номинальное напряжение этих фаз в 3 — 4 раза, если цепь ротора в момент отключения двигателя окажется разомкнутой.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector