|
В
асинхронном двигателе имеют место следующие потери:
1) Электрические
- в обмотках статора и ротора
2) Магнитные
– потери в стали (на гистерезис и вихревые токи)
3) Механические
– от трения
4)
Добавочные

Рисунок
50
Энергетическая диаграмма асинхронного
двигателя:
Рэм – электромагнитная мощность;
Р2полн- полная механическая
мощность;
Р2-чисто механическая мощность
Суммарные потери: Σ∆Р=Рст+Рэ1+Рэ2+Рмех+Рдоб
Чем больше мощность электродвигателя, тем
выше будет его КПД.
КПД асинхронных двигателей достигает 83…95%
Вращающий момент асинхронного двигателя.
Вращающий момент
асинхронного двигателя зависит от магнитного потока и активной составляющей
тока ротора.
Мвр=См·Ф·I'2·Cosψ2,
где См –
коэффициент конструкции машины. 
Рисунок 51

Рисунок 52
В начальный момент
пуска двигателя скольжения S=1. В обмотке ротора индуцируется большая ЭДС Е'2,
которая вызывает наибольший пусковой ток I'2п.
Реактивное сопротивление X2S также наибольшее, поэтому ток I'2п
будет сдвинут относительно ЭДС на угол ψ2,
который близок к π/2.
Активная составляющая
тока при этом имеет небольшую величину, поэтому и вращающий момент будет
небольшим I2п > Iн в 5…7 раз.
Зависимость момента
вращающего (электромагнитного) от скольжения называется механической
характеристикой двигателя.
Увеличение скорости вращения
ротора приводит к уменьшению скольжения, при этом уменьшаются Е'2S,
I'2, угол ψ2,
а вращающий момент увеличивается. Наибольшего значения вращающий момент
достигнет, когда реактивное сопротивление ротора будет равно активному
сопротивлению: X2S
=
r2.
Максимальному значению момента соответствует критическое значение скольжения Sкр.
При дальнейшем увеличении скорости вращения ротора происходит резкое уменьшение
на валу двигателя скольжения, уменьшение реактивного сопротивления X2S,
уменьшение тока I'2, следовательно, уменьшится и Мвр
до значения номинального момента вращения Мн, который равен сумме
моментов холостого хода двигателя Мо и полезного момента М2:
Мн
= Мо + М2.
Отношение максимального момента к
номинальному называется перегрузочной способностью двигателя и составляет
значение:
Устойчивая работа
двигателя возможна только на участке ОА, когда скольжение лежит в пределах от 0
до Sкр.
Если двигатель несет
какую-то, статическую нагрузку равную номинальной, то всякое изменение
нагрузочного момента М2 до значения М2’ ведет
к нарушению равенства моментов, т.е. Мн<М0+М2’
и частота вращения ротора начнет убывать (скольжение будет увеличиваться).Это
приведет к росту электрического момента до значения М’=М0+
М2’ (точка В), после чего режим работы двигателя станет
установившемся.
При изменении момента М2
до значения М2’’ частота вращения ротора увеличится
(скольжение уменьшается), что приведет к уменьшению вращающегося момента (точка
С) и режим работы двигателя станет установившимся.
Работа асинхронного
двигателя становится неустойчивой при скольжении
. Так, если Мвр=Ммах , а
, то даже незначительное увеличение скольжение, что приведет
к уменьшению вращающего момента, после чего произойдет дальнейшее увеличение
скольжения и т.д., пока скольжение не достигнет значения S=1, т.е. пока ротор двигателя не
остановится.
Поскольку магнитный
поток пропорционален напряжению питающей сети Ф=U1,
а I2’·cosψ2
пропорционален Е2, которая пропорционально магнитному потоку: I2’cosψ2=E2=Ф=U1,
то вращающий момент пропорционален квадрату напряжение U1:
Мвр≡U12.
Таким образом,
незначительное изменение напряжения сети вызывает значительное изменение
электромагнитного вращающего момента.
При
этом критическое скольжение остается постоянным, а начинает изменяться
максимальный вращающий момент, пусковой момент и перегрузочная способность.

Рисунок 53
Пример:
U1
понизилось по сравнению с U1H на 30% (U1=0,7Uн)
тогда M’max=0,72·Ммах=0,49·Ммах.
Если перегрузочная
способность асинхронного двигателя при номинальном напряжении была равна 2, то
при пониженном напряжении она будет равна:
Из полученного
результата видно, что двигатель при понижении напряжения сети на 30% не в
состоянии нести даже номинальную нагрузку.
С увеличением активного сопротивления в
цепи ротора величина максимального электромагнитного момента будет оставаться
постоянной, а величина критического скольжения и пускового момента
увеличиваются. 
Рисунок 54
Момент пусковой с увеличением
сопротивления ротора r'2
увеличивается до некоторого значения, пока активное сопротивление ротора не
сравняется с реактивным: r'2
= х'2.
Дальнейшее увеличение активного
сопротивления приводит к уменьшению Мп (Мп5).
Изменение активного сопротивления ротора
асинхронного двигателя также влияет на скорость вращения двигателя – с
увеличением r'2
скорость вращения уменьшается.
1. Пуск
непосредственным включением статорной обмотки в сеть.
Данный способ является самым простым и
дешевым. Обмотка статора при помощи выключателя или магнитного пускателя
включается непосредственно в сеть под полное напряжение.
Недостаток этого способа в том, что в
момент пуска двигателя возникают большие пусковые токи в 5…7 раз превышающие
номинальное значение тока.
Для самого двигателя пусковой ток является
не опасным, т.к. время пуска мало, но является нежелательным для питающей сети,
т.к. в сети происходит резкое изменение напряжения, что отрицательно
сказывается на работе других потребителей. Обычно этим способом осуществляется
пуск двигателей мощностью до 30 кВт.
При значительно мощной питающей сети
возможен запуск двигателей мощностью до 2000 кВт, но так чтобы при этом не было
«провала» напряжения в сети. Рисунок
55
2. Пуск на пониженном
напряжении.
Для ограничения пускового тока двигатели
большой мощности пускаются на пониженном напряжении.
Существуют несколько способов пуска на
пониженном напряжении:
1)
Переключением статорной обмотки с
соединения «звездой» на «треугольник».
Перед пуском двигателя с помощью
специального переключателя статорную обмотку соединяют в «звезду». Этим самым
снижают фазное напряжение в √3 раз, соответственно и фазный ток уменьшится в
√3.
Линейный
ток при соединении обмотки в «звезду» уменьшается в 3 раза, т.о. бросок
пускового тока уменьшается в 3 раза.
По мере разгона двигателя обмотку статора
переключают со «звезды» на «треугольник», после чего на каждую фазу подается
полное напряжение сети (Uф = Uл).
Недостаток данного способа в том, что он
имеет ограниченное применение, т.к. применим только для двигателей с нормальным
включением обмоток статора в «треугольник». Кроме того, в результате снижения
напряжения в √3 раз пусковой момент уменьшается в 3 раза, поэтому таким
способом двигатели запускаются вхолостую или при неполной нагрузке.

Рисунок 56
2)
Реакторный
пуск двигателя.
При
разомкнутом рубильнике SВ2 замыкается рубильник SВ1. Напряжение на обмотку
статора подается через реакторы, двигатель запускается при пониженном
напряжении:
По мере разгона
двигателя пусковой ток уменьшается, падение напряжения на реакторе уменьшится,
а на обмотке статора увеличится. 
Рисунок 57
К
концу пуска на статорную обмотку подается полное напряжение, после чего
включается рубильник 2.
Благодаря
снижению напряжения происходит резкое уменьшение пускового момента, поэтому
запуск производят вхолостую или при неполной нагрузке, что является недостатком
данного способа запуска.
К
достоинству можно отнести то, что соединение обмоток статора может быть, как в
«звезду», так и в «треугольник».
3)
Автотрансформаторный пуск асинхронного
двигателя.
Порядок
запуска двигателя: 
Рисунок 58
Перед запуском
двигателя замыкается рубильник SB1.
Этим самым обмотки автотрансформатора включаются по схеме «звезда». Затем
включается рубильник SB2,
при этом на обмотку статора подается пониженное напряжение, а пусковой ток на
выходе автотрансформатора уменьшается пропорционально уменьшению напряжения.
Ток на выходе автотрансформатора уменьшится в
К2 раз (где
К-коэффициент трансформации трансформатора) по сравнению с пусковым током при
непосредственном включении статорной обмотки в сеть.
После того, как ротор
придет во вращение и пусковой ток уменьшается, рубильник SB1 размыкают, автотрансформатор
преобразуется в реактор, напряжение на статорной обмотке повышается.
При включении
рубильника SB3
на обмотку статора подается полное напряжение. Таким образом, запуск
осуществляется тремя ступенями.
На первой ступени к
двигателю подводится напряжение 50…70% от U1H.
На второй ступени к
двигателю подводится 70…80% от U1H.
На третьей ступени к
двигателю подводится полное напряжение U1H.
Этот способ основан на
уменьшении подводимого напряжения, а, следовательно, и пускового тока.
С точки зрения снижения
пускового тока, этот способ выгоднее реакторного способа пуска, но из-за
сложности пусковой операции и высокой стоимости аппаратуры имеет ограниченное
применение. Данный способ применяется только для запуска мощных асинхронных
двигателей.
|