Некоторые свойства асинхронных электродвигателей

Вращающий момент электродвигателей и мо­мент сопротивления механизма. Нормальный установив­шийся режим работы электродвигателя характеризуется равенством момента М _д, развиваемого электродвигателем, и момента сопротивления М_с меха­низма, приводимого электродвигателем:

М _д = М_С. (18-1)

Если М _д< М_с, то электродвигатель будет тормозиться, а если М _д > М_с, то частота вращения электродвигателя будет увеличиваться.

При неизменном напряжении питающей сети момент, развиваемый электродвигателем, зависит от частоты вращения п или, что то же, от скольже­ния s (рис. 18-1). В нормальных условиях равенство М _д= М_с имеет место при s = 2 ÷ 5%. Максимальный момент двигателя М _д.макс равен примерно двукратному номинальному моменту, т. е.

Частота вращения n_к и скольжение s_к, соответствующие максимальному моменту, называются критическими.

Пусковой момент М _д ._пуск, соответствующий частоте вращения п = 0 или скольжению s = 1, в зависимости от конструкции электродвига­теля имеет различные величины (кривые 1, 2, 3 рис. 18-1).

Характеристики моментов сопротивления механ и з м о в, приводимых электродвигателями, в зависимости от их частоты вращения могут быть разделены на два типа: зависящие от частоты вращения (кривая 5) и не завися­щие от нее (кривая 4, рис. 18-1).

Момент сопротивления, не за­висящий от частоты вращения, имеют, например, шаровые мель­ницы. Момент сопротивления, резко зависящий от частоты вра­щения, имеют все центробежные механизмы.

Ток, потребляемый статором электродви­гателя из сети, I _д состоит из тока намагничивания I _нам стато­ра и тока ротора, приведенного к обмотке статора, I' _рот, т. е.

Это следует из схемы замеще­ния, представленной на рис. 18-2.

Ток в роторе определяется наведенной в нем э.д.с, которая зависит от скольжения (т. е. ско­рости пересечения обмотки ротора магнитным потоком статора электродви­гателя). В результате этого токи ротора и статора также меняются с изменением скольжения.

Примерный характер зависимости периодической составляющей тока ста­тора I_д и сопротивления электродвигателя z_д от скольжения представлен на рис. 18-3.

При нормальной работе электродвига­теля,когда скольжение составляет 2—5% (т. е. близко к нулю), сопротивление ротора очень велико, ток ротора мал, а значит мал и ток статора, так как ветвь намагничивания имеет большое сопротивление.

Пуск электродвигателей. При пуске, т. е. подаче напря­жения на неподвижный электродвигатель, сопротивление его мало и ток ротора имеет максимальное значение. Соответственно максимальное зна­чение имеет и ток статора. Ток статора при пуске электродвигателя называется пусковым током. По величине начальный пусковой ток равен току трехполюсного к. з. за сопротивлением, равным сопротивлению неподвижного электродвигателя.

Пусковой ток состоит из переменной составляющей, затухающей по мере увеличения частоты вращения, и апериодической составляющей, которая затухает по экспоненциальной кривой в течение нескольких периодов.

Осциллограмма пуска двигателя представлена на рис. 18-4. Из осцилло­граммы видно, что по мере разворота ток, потребляемый электродвигателем, меняется сначала мало и только при приближении к синхронной частоте вращения он быстро спадает. Объясняется это характером изменения сопро­тивления двигателя.

Периодическая составляющая пускового тока электродвигателя /_п._пуск при неподвижном роторе обычно в 4—8 раз превосходит его номинальный ток. В отдельных случаях эта величина бывает больше. Максимальный пик тока с учетом апериодической составляющей достигает:

Продолжительность затухания периодической составляющей пускового тока до значения номинального тока зависит от параметров электродвигателя и условий пуска.

При пуске с нагрузкой развертывание электродвигателя до номинальной скорости происходит медленнее и продолжительность спада тока увеличи­вается. Это объясняется тем, что ускорение вращения ротора зависит от вели­чины избыточного момента:

Если М _дпревосходит М_с во все время пуска, то электродвигатель пус­кается быстро и легко. Как видно из рис. 18-1, электродвигатели, приводящие механизмы с зависимым от частоты вращения моментом сопротивления, пус­каются легче, чем электродвигатели, приводящие механизмы с независимым от частоты вращения моментом сопротивления. В последнем случае при недо­статочной величине пускового момента электродвигатели могут вообще не развернуться (кривые 2 и 4, рис. 18-1), так как, начиная со скольжения, соответствующего точке а, М_с превосходит М _ди, следовательно, избыточный момент на валу двигателя отрицательный.

Электродвигатели с фазным ротором при отсутствии пускового сопротив­ления в цепи обмотки ротора имеют меньший начальный момент по сравнению с другими типами электродвигателей.

Поэтому по условиям самозапуска для ответственных механизмов собст­венных нужд предпочитают применять электродвигатели с короткозамкнутым ротором.

Электродвигатели с глубоким пазом и двойной обмоткой ротора имеют наиболее благоприятный пусковой момент (кривая 3, рис. 18-1). Длительность пуска электродвигателей t_пуск, как правило, не превосходит 10—15 с, и только у электродвигателей с тяжелыми условиями пуска эта величина мо­жет быть значительно больше.

При возникновении к. з. в питающей сетивблизи зажимов электродвигателя последний за счет внутренней э. д. с, поддержива­емой энергией магнитного поля, посылает к месту к. з. быстро затухающий ток. По величине броски тока к. з. могут достигать значений пусковых токов.

Зависимость момента электродвигателей от напряжения характеризуется соотношением

При к. з. в сети напряжение на зажимах электродвигателей снижается. В результате этого моменты электродвигателей уменьшаются и двигатели начинают тормозиться, увеличивая скольжение (рис. 18-5) до тех пор, пока вновь не восстановится равенство (18-1).

Если при этом окажется, что М_д.макс = М_с (точка а на рис. 18-5),то элек­тродвигатель будет находиться на пределе устойчивой работы и будет иметь скольжение, равное критическому. При дальнейшем снижении напряжения элек­тродвигатель будет тормозиться вплоть до полной остановки.

Для электродвигателей, приводящих механизмы с независимым от частоты вра­щения моментом М_с (прямая 2 на рис. 18-5), легко может быть определено предельное снижение напряжения U_пред, при котором еще сохраняется устойчивая работа. Дей­ствительно, учитывая соотношение (18-5) и полагая М_д.НОм = М_с, имеем:

а принимая во внимание выражение (18-2), из (18-6) получаем:

Электродвигатели, приводящие меха­низмы с зависимым от частоты вращения моментом М_с (кривая 3 на рис. 18-5), во многих случаях сохраняют устойчивую работу даже при большом снижении напряжения питания.

После отключения к. з. напряжение питания восстанавливается до нормального значения или из-за повышенного тока электродвигателей оказы­вается несколько ниже этого значения и момент, развиваемый электродвига­телем, определяется кривой 1" (рис. 18-5). Дальнейшее поведение электродви­гателя будет зависеть от скольжения, имевшего место в момент восстановле­ния напряжения, и соответствующих ему значений М_л и М_с. При М _д> М_с электродвигатель развернется до нормальной частоты вращения, а при М _д< М_с будет продолжать тормозиться до полной остановки. В этом случае электродвигатель необходимо отключить, так как он будет потреблять пуско­вой ток, не имея возможности развернуться.

Самозапуск электродвигателей несколько тяжелее обычного пуска. Объясняется это тем, что при самозапуске электродвигатели пускаются нагруженными, а электродвигатели с фазным ротором пускаются без пускового реостата в цепи ротора, что уменьшает их пусковой момент и увеличивает пусковой ток, и, наконец, пускается большое количество элек­тродвигателей одновременно, что вызывает падение напряжения в питающей сети от суммарного пускового тока. Все это снижает пусковой момент и утя­желяет процесс пуска.

Самозапуск короткозамкнутых электродвигателей, а тем более электро­двигателей с глубоким пазом и двойнойобмоткой ротора проходит сравнительно легко. Опыт эксплуатации показывает, что самозапуск электродвига­телей с фазным ротором неопасен для этих двигателей ивозможен даже при условии, что пусковой момент при отсутствии пускового сопротивления в роторе больше момента сопротивления механизма.

Для обеспечения самозапуска необходимо выполнение двух условий:

а) Начальное значение восстановившегося напряжения должно быть достаточным для развертывания электродвигателей или, иначе говоря, при начальном значении восстановившегося напряжения (U _д ) должно обеспечиваться условие

б) Защита электродвигателей не должна их отключать под действием тока самозапуска.

Проведенные исследования показали, что самозапуск электродвигателей собственных нужд электростанцийвозможен даже в тех случаях, когда в пер­вый момент после восстановления напряжения величина его составляет 0,55 U _ном. При этом продолжительность самозапуска всех электродвигателей составляет 30—35 с, что допустимо по условиям их нагрева.

Дата добавления: 2014-12-23