Работа трехфазных асинхронных двигателей при неноминальных условиях. Недогруженный асинхронный двигатель


Почему при недогрузке асинхронный двигатель работает с малым значением коэффициента мощности? Поясните, используя векторную диаграмму.

Почему при недогрузке асинхронный двигатель работает с малым значением коэффициента мощности? Поясните, используя векторную диаграмму.

На выделенном фиктивном сопротивлении образуется, при протекании по нему тока , механическая мощность (т.е. мощность на валу двигателя). Если двигатель мало закружен то мала, мощность фиктивного сопротивления тоже мала и при неизменном это возможно в том случае, если ток мал. Следовательно, для малозагруженного двигателя можно цепь ( ) удалить, останется только цепь намагничивания из сопротивлений X₀, R₀, и для двигателя нормального исполнения коэффициент мощности цепи намагничивания не превышает 0,3 – это минимальный cosφ с которым может работать двигатель, а малозагруженный двигатель будет к нему приближаться.

4.8. Почему напряжение синхронных генераторов в значительно большей степени зависит от тока нагрузки, чем у генераторов постоянного тока? Каков физический смысл имеет параметр - отношение короткого замыкания (О.К.З.)? Определите ток короткого замыкания синхронного генератора, работающего без регулятора напряжения, если его напряжение на холостом ходу равно номинальному, а О.К.З.=1,1.

Для сопоставления выберем ГПТ с независимым возбуждением.

Нужно рассмотреть внешнюю характеристику генератора . Эта характеристика выглядит падающей. Чем больше нагружаем тем меньше напряжение.

ΔU₁ - падение напряжения на проводниках обмотки якоря, как имеющих активное сопротивление ;

ΔU₂ - падение напряжения, вызванное реакцией якоря. Реакцией якоря называется добавление к магнитному полю обмотки возбуждения (основное поле) магнитного поля , созданного протекающими по якорю токами.

Для СГ внешняя характеристика имеет круто падающий вид по сравнению с ГПТ.

ΔU₁ - потеря напряжения в проводниках обмотки статора;

ΔU₂ - потери на индуктивном сопротивлении рассеяния обмотки статора

ΔU₃ - потери на реакции якоря.

Потери на реакции якоря по сравнению с ГПТ намного выше у СГ. Они настолько велики, что если замкнуть накоротко СГ, то установившийся ток короткого замыкания будет в районе номинального (от 1,5 до 1,8), если ГПТ закоротить то ток вырастет в 20..30 раз по сравнению с номинальным. Напряжения ΔU₁, ΔU₂, ΔU₃ выделяются как на активном так и на индуктивном сопротивлениях, поэтому они складываются геометрически Это объясняет саблеобразный вид естественной характеристики.

ОКЗ представляет собой установившееся значение тока КЗ в относительных единицах к номинальному току, если КЗ произошло из режима ХХ генератора.

При включении трансформатора в сеть иногда отключается автомат защиты от перегрузки. Почему? Является ли это признаком потери работоспособности трансформатора? Какую роль играет параметр напряжение короткого замыкания, который обязательно указывается в сертификате.

Трансформатор на холостом ходу состоит из сопротивлений только цепи намагничивания:

Если составить ДУ для трансформатора , а затем использовать определение индуктивности как отношение потокосцепления к току: можно ДУ записать для потокосцеплений:

Величина To зависит от мощности трансформатора:

До 10кВт – То= до 0,1-0,2 сек.

До 100кВт – То= до 0,5-0,6 сек.

До 1000кВт – То= ~1 сек.

Свыше 1000кВт – То= до 2-5 сек.

Если решить ДУ относительно потокосцеплений Ψ, то решение будет состоять из принужденной и свободной составляющих. Принужденная- синусоидальная, т.к. напряжение U подключаемое к трансформатору синусоидальное.

Свободная- экспонента с То

При превышении в ПП потокосцепления Ψ на 0.4-0.7 из-за нелинейности кривой намагничивания амплитуда тока повышается в 5-10 крат. Если Т большая, то импульсы повышенного тока медленно затухают и трансформатор долго находится под большим током.

В данном вопросе Uкз никакой роли не играет.

Привести механические характеристики двухскоростного асинхронного двигателя с переключением числа пар полюсов с треугольника на двойную звезду. Показать траекторию перехода рабочей точки с высшей скорости на низшую при номинальном моменте. Пояснить, когда разгонится двигатель быстрее в одну ступень или в две на высшую скорость.

При указанном переключении обмоток сохраняется мощность на валу. Причем на треугольнике обмоток число пар полюсов в 2 раза больше, чем при двойной звезде.

Траектория перехода с высшей скорости на низшую:

1-2 – переход в результате переключения обмоток(скорость не меняется)

2-3 – генераторное торможение с рекуперацией энергии

3-4 - двигательный режим с пониженной частотой до точки 4.

Разгон в 1 ступень (сразу на высокоскоростной обмотке)

Время разгона . От точки 5 до точки 6 избыточный момент

После точки 6 до точки 1 – разгон осуществляется быстрее, т.к. Мизб2 увеличивается.

Разгон в 2 ступени.

Сначала включается низкоскоростная обмотка и работают на ней до точки 6, а потом переключается на высокоскоростную. Т.к. избыточный момент на участке 5-6 существенно вырос, то время разгона до точки 6 сократится в несколько раз по сравнению с предыдущим пунктом. От тоски 6-до точки1 разгон происходит как и в предыдущем случае.

ДВИГАТЕЛЬ РАЗГОНИТСЯ БЫСТРЕЕ В 2 СТУПЕНИ

 

Машина постоянного тока имеет явно выраженную замедленную коммутацию. Каким будет при этом характер искрения щеток? Как улучшить коммутацию (приблизить к прямолинейному характеру) посредством изменения степени действия добавочных полюсов (ДП) генератора?

Рассмотрим ГПТ:

Положение А: по секции протекает ток(против часовой стрелки) и с левой стороны секции через коллектор-щетку ток выходит наружу в виде Iкол.

На петушке в правой секции In=0

Положение Б: коллекторные пластины закорочены щеткой =>создан КЗ-контур =>создается эдс генератора. В КЗ-контуре устанавливается ток в обеих секциях.

В КЗ контуре устанавливается ток в обоих секциях.

Изменению тока в секции препятствует еси(эдс самоиндукции).Ток изменяется практически по линейному закону. Iл- падает, Iп- растет.

Положение В аналогично А-ток протекает по правой пластине коллектора.

Если к моменту перехода схемы от Б к В ток левой секции не уменьшается до 0, то при сходе щетки с левой пластины коллектора возникает дуга- ЯВЛЕНИЕ ЗАМЕДЛЕННОЙ КОММУТАЦИИ, т.к. Тс в секции окажется большой Тс=Rc/Lc. Это явления хуже следующего.

Если к моменту схода с пластины щетки ток левый Iл не только уменьшается до 0, но с становится противоположного направления- УСКОРЕННАЯ КОММУТАЦИЯ. При сходе щетки с пластины также возникнет ДУГА. Если учесть сопротивление щеточного контакта то окажется что худшее действие оказывает замедленная коммутация, у нее дуга более текучая т.к. постоянная времени в секции окажется большей Тс=Rc/Lc. При ускоренно коммутации Тс мало, и если возникает дуга то она быстро гаснет.

Для уменьшения искрения необходимо применить дополнительные полюса. При установке дополнительных полюсов достигается главная цель: уменьшается евр той секции, коллекторные пластины которой соприкасается со щеткой.

Малая эдс евр- создает малый ток в кз-секции, соответственно будет малая дуга.

4.15. Что произойдет с работой трехфазного асинхронного электропривода, имеющего вентиляторную нагрузку на валу (рис. ), если в процессе нормальной работы произойдет обрыв одной из фаз (например, сгорел предохранитель в одной из фаз)?

ВВОДНАЯ ЧАСТЬ

Магнитный поток в фазе А :

-всегда на оси катушки

-не вращается

-его можно представить в виде 2х одинаковых по амплитуде вращающихся в противоположные стороны полей

Рассмотрим фазу B

Поток Фмв(ß) имеет по отношению к оси B

Противоположно вращающийся поток симметричен относительно оси В.

Рассмотрим фазу C

Поток Фмс(ß) имеет по отношению к оси C

Вращаемся на и получаем Фмс(à). Поток располоден симметрично относительно оси С.

Эти построения справедливы с 3мя целыми обмотками (норм АД)

Построения приведены ниже

1.Пусть оборвется обмотка фазы А (Uф- не изменилось). В этом случае Фма(ß),Фма(à) исчезнут и значения полей будут следующими:

Ф (ß)=2 Фм(ß)

Ф(à)=Фм(à)

От одного снижения Ф(ß) момент уже уменьшится в:

 

Строим механические характеристики:

По сравнению с моментов, когда все обмотки целые, момент будет равен 40% => двигатель будет вращаться.

Если учесть тот факт, что напряжение фазных обмоток (220 В)уменьшится до половины линейного (190 В), то момент еще уменьшится в ¾ раз (= )²).

Окончательно Мвр упадет до 30%, судя по графику 15-4 двигатель скорее всего остановится.

Что такое модальное управление электроприводом? Приведите характеристики электропривода, настроенного на технический и симметричный оптимум: графики переходных процессов, значений ошибок регулирования, величин времени регулирования и заброса.

На рис.2.1 приведена обобщенная структурная схема ЭП замкнутого типа, в которой источник питания и двигатель образуют силовую часть (СЧ) ЭП.

Метод последовательной коррекции заключается в том, что регулятор включен последовательно с силовой частью. Достоинствами метода последовательной коррекции являются:

1. Регулятор содержит только маломощные элементы.

2. Синтез передаточной функции регулятора Wрег(р) наиболее прост.

3. Реализация регулятора по определенной таким образом передаточной функции Wрег(р) наиболее проста.

Метод модального управления состоит в том, что передаточная функция разомкнутого контура ЭП Wраз(р) имеет стандартный вид – моду.

В автоматизированном электроприводе (АЭП) применяются две моды, называемые настройками на технический и симметричный оптимумы.

Настройка на технический оптимум

Передаточная функция разомкнутой САУ ЭП имеет вид

, (2.1)

где Тμ - малая постоянная времени, входящая в передаточную функцию Wсч(р) силовой части.

Переходный процесс замкнутой САУ ЭП (рис.2.2, график 1) имеет следующие динамические характеристики:

tp.тo=4,7 Тμ, σто=4,3 % (2.2)

АЭП является астатическим 1-го порядка (сомножитель р в знаменателе передаточной функции Wраз(р) имеет первый порядок), поэтому статическая ошибка регулирования равна нулю.

Переходный процесс описывается формулой

(2.3)

Произведем расчет передаточной функции регулятора Wрег(р), задаваясь различными передаточными функциями Wсч(р).

Будем использовать передаточную функцию силовой части следующего общего вида

, (2.4)

в которой постоянная времени T1 меньше всех остальных: T1<{T2, T3,…,Tn}.

Обозначим наименьшую постоянную времени как Тμ=Т1. Остальные постоянные времени назовем большими постоянными времени.

1). Пусть в Wсч(р) имеется только одна большая постоянная времени Т2. Передаточная функция силовой части примет вид

(2.5)

Так как регулятор и силовая часть включены последовательно, то

и (2.6)

Вычисляем

(2.7)

Синтезирован ПИ-регулятор с коэффициентом передачи kП пропорциональной части и постоянной времени ТИ интегральной части. Этот регулятор реализуется на основе операционного усилителя.

2). Пусть в Wсч(р) имеется две больших постоянных времени Т2 и Т3. Передаточная функция силовой части примет вид

(2.8)

Вычисляем

(2.9)

Синтезирован ПИД-регулятор с коэффициентом передачи kП пропорциональной части, постоянной времени ТИ интегральной части и постоянной времени ТД дифференциальной части. Этот регулятор реализуется на основе операционного усилителя. Из-за Д-части регулятор чувствителен к помехам.

Асинхронно вентильный каскад электропривода, содержащего АД с фазным ротором. Как с помощью инвертора напряжения ведомого сетью регулируется частота вращения АД? Почему к.п.д. асинхронно-вентильного каскада выше к.п.д. электропривода с реостатами в цепи ротора АД?

В регулировочных режимах в сопротивлении RP выделятся тепло. Мощность тепловыделений равна произведению напряжения URP на сопротивлении RP и тока IRP через него (что и уменьшает КПД). Эту мощность можно с помощью инвертора напряжения преобразовать в мощность переменного тока и отдать (рекуперировать) ее в сеть. Наиболее простое решение рекуперации энергии достигается на ведомом сетью инверторе напряжения.

Схема асинхронно-вентильного каскада (АВК) содержит (рис.19.1) АД, в цепи фазного ротора которого имеется неуправляемый выпрямитель, и ведомый сетью инвертор напряжения на базе управляемого выпрямителя.

К инвертору от выпрямителя ВКД (вентильного комплекта двигателя) подведена э.д.с., пропорциональная скольжению s АД. Угол опережения β инвертора выбирается таким, чтобы между напряжениями ВКД и ВКИ соблюдалось соотношение . Инвертор, состоящий из вентильного комплекта ВКИ и согласующего трансформатора Тр, потребляет мощность постоянного тока и эта мощность, но уже на переменном токе, подведена к нижним (по схеме) обмоткам трехфазного трансформатора и затем трансформируется в обмотки, подсоединенные к сети. Таким образом, мощность цепи ротора АД, которая в схемах на рис.18.2 и рис.18.3 рассеивалась в виде тепловой мощности в регулировочном резисторе RР, в схеме АВК отдается в сеть. К.п.д. АВК во всем диапазоне частот вращения АД поддерживается на максимально достижимом уровне – порядка 0,85…0,95.

САР частоты вращения АД на базе АВК может быть вполне удовлетворительным даже, если она выполнена по схеме разомкнутого типа, так как механические характеристики схемы АВК близки к характеристикам частотного управления, приведенными на рис.13.3в, что доказывается ниже.

У АД, не используемого в АВК, существует только одно значение скольжения холостого хода на естественной характеристике sXXе=0, при котором вращающий момент АД нулевой. У АД, используемого в АВК, на искусственных механических характеристиках существует бесконечно много значений скольжения холостого хода sXXβ, при котором вращающий момент АД нулевой, и эти скольжения зависят от угла опережения β инвертора. Действительно, вращающий момент М АД обращается в ноль, если во всех его роторных обмотках токи нулевые и, следовательно, нулевой ток Id (рис.19.1). Ток Id согласно рис.19.1 равен (19.1)

где RЭ – эквивалентное сопротивление цепи протекания тока Id.

Ток Id обращается в ноль согласно (19.1) при скольжении (19.2)

Только при β=90О скольжение sXXβ=0 и совпадает с sXXе=0 для АД без АВК.

Жесткость искусственных механических характеристик, как показывают расчеты, уменьшается при увеличении скольжения sXXβ. Зная скольжения sXXβ холостого хода естественной или искусственных механических характеристик, можно рассчитать частоты вращения холостого ωХХ хода для этих характеристик по формуле

(19.3)

где ω0 - частота вращения магнитного поля статора.

Механические характеристики АД, включенного в схему АВК, приведены на рис.19.2. Из них следует, что для повышения частоты вращения АД в схеме разомкнутого типа нужно увеличить угол опережения β. С увеличением β значение входного напряжения инвертора уменьшится и при неизменном значении выходного напряжения ВКД ток Id согласно (19.1) увеличится, увеличится далее вращающий момент двигателя и частота вращения будет возрастать. Значение напряжение на кольцах ротора и, следовательно, будут уменьшаться.

Для уменьшения частоты вращения угол β нужно уменьшать, увеличив тем самым, входное напряжение ВКИ. Ток Id уменьшится, уменьшится вращающий момент М и частота вращения АД будет понижаться.

Более качественное регулирование частоты вращения АД с любой жесткостью механических характеристик АЭП и другими заданными показателями качества, например, показателями качества модального управления, может быть достигнуто при включении схемы АВК (рис.19.1) в контур регулирования скорости. Схема САР частоты вращения с использованием АВК приведена на рис.19.3. Она подобна схеме с рис.18.3 с тем отличием, что СИФУ управляет тиристорами вентильного комплекта ВКИ инвертора АВК.

Скалярные системы автоматического управления асинхронными двигателями базируются только на прямом учете параметров механических переходных процессов, но они не учитывают в полном объеме электрические и электромеханические процессы. Для мощных АД, имеющих значительную электрическую инерцию, а также для электроприводов, к которым предъявляются высокие требования к динамическим процессам, сложно реализовать качественный АЭП без учета электрических переходных процессов. Такие требования могут быть учтены, если использовать полные дифференциальные уравнения обмоток АД, что реализовано в системах векторного управления АД.

Почему при недогрузке асинхронный двигатель работает с малым значением коэффициента мощности? Поясните, используя векторную диаграмму.

На выделенном фиктивном сопротивлении образуется, при протекании по нему тока , механическая мощность (т.е. мощность на валу двигателя). Если двигатель мало закружен то мала, мощность фиктивного сопротивления тоже мала и при неизменном это возможно в том случае, если ток мал. Следовательно, для малозагруженного двигателя можно цепь ( ) удалить, останется только цепь намагничивания из сопротивлений X₀, R₀, и для двигателя нормального исполнения коэффициент мощности цепи намагничивания не превышает 0,3 – это минимальный cosφ с которым может работать двигатель, а малозагруженный двигатель будет к нему приближаться.

4.8. Почему напряжение синхронных генераторов в значительно большей степени зависит от тока нагрузки, чем у генераторов постоянного тока? Каков физический смысл имеет параметр - отношение короткого замыкания (О.К.З.)? Определите ток короткого замыкания синхронного генератора, работающего без регулятора напряжения, если его напряжение на холостом ходу равно номинальному, а О.К.З.=1,1.

Для сопоставления выберем ГПТ с независимым возбуждением.

Нужно рассмотреть внешнюю характеристику генератора . Эта характеристика выглядит падающей. Чем больше нагружаем тем меньше напряжение.

ΔU₁ - падение напряжения на проводниках обмотки якоря, как имеющих активное сопротивление ;

ΔU₂ - падение напряжения, вызванное реакцией якоря. Реакцией якоря называется добавление к магнитному полю обмотки возбуждения (основное поле) магнитного поля , созданного протекающими по якорю токами.

Для СГ внешняя характеристика имеет круто падающий вид по сравнению с ГПТ.

ΔU₁ - потеря напряжения в проводниках обмотки статора;

ΔU₂ - потери на индуктивном сопротивлении рассеяния обмотки статора

ΔU₃ - потери на реакции якоря.

Потери на реакции якоря по сравнению с ГПТ намного выше у СГ. Они настолько велики, что если замкнуть накоротко СГ, то установившийся ток короткого замыкания будет в районе номинального (от 1,5 до 1,8), если ГПТ закоротить то ток вырастет в 20..30 раз по сравнению с номинальным. Напряжения ΔU₁, ΔU₂, ΔU₃ выделяются как на активном так и на индуктивном сопротивлениях, поэтому они складываются геометрически Это объясняет саблеобразный вид естественной характеристики.

ОКЗ представляет собой установившееся значение тока КЗ в относительных единицах к номинальному току, если КЗ произошло из режима ХХ генератора.

При включении трансформатора в сеть иногда отключается автомат защиты от перегрузки. Почему? Является ли это признаком потери работоспособности трансформатора? Какую роль играет параметр напряжение короткого замыкания, который обязательно указывается в сертификате.

Трансформатор на холостом ходу состоит из сопротивлений только цепи намагничивания:

Если составить ДУ для трансформатора , а затем использовать определение индуктивности как отношение потокосцепления к току: можно ДУ записать для потокосцеплений:

Величина To зависит от мощности трансформатора:

До 10кВт – То= до 0,1-0,2 сек.

До 100кВт – То= до 0,5-0,6 сек.

До 1000кВт – То= ~1 сек.

Свыше 1000кВт – То= до 2-5 сек.

Если решить ДУ относительно потокосцеплений Ψ, то решение будет состоять из принужденной и свободной составляющих. Принужденная- синусоидальная, т.к. напряжение U подключаемое к трансформатору синусоидальное.

Свободная- экспонента с То

При превышении в ПП потокосцепления Ψ на 0.4-0.7 из-за нелинейности кривой намагничивания амплитуда тока повышается в 5-10 крат. Если Т большая, то импульсы повышенного тока медленно затухают и трансформатор долго находится под большим током.

В данном вопросе Uкз никакой роли не играет.

Привести механические характеристики двухскоростного асинхронного двигателя с переключением числа пар полюсов с треугольника на двойную звезду. Показать траекторию перехода рабочей точки с высшей скорости на низшую при номинальном моменте. Пояснить, когда разгонится двигатель быстрее в одну ступень или в две на высшую скорость.

При указанном переключении обмоток сохраняется мощность на валу. Причем на треугольнике обмоток число пар полюсов в 2 раза больше, чем при двойной звезде.

Траектория перехода с высшей скорости на низшую:

1-2 – переход в результате переключения обмоток(скорость не меняется)

2-3 – генераторное торможение с рекуперацией энергии

3-4 - двигательный режим с пониженной частотой до точки 4.

Разгон в 1 ступень (сразу на высокоскоростной обмотке)

Время разгона . От точки 5 до точки 6 избыточный момент

После точки 6 до точки 1 – разгон осуществляется быстрее, т.к. Мизб2 увеличивается.

Разгон в 2 ступени.

Сначала включается низкоскоростная обмотка и работают на ней до точки 6, а потом переключается на высокоскоростную. Т.к. избыточный момент на участке 5-6 существенно вырос, то время разгона до точки 6 сократится в несколько раз по сравнению с предыдущим пунктом. От тоски 6-до точки1 разгон происходит как и в предыдущем случае.

ДВИГАТЕЛЬ РАЗГОНИТСЯ БЫСТРЕЕ В 2 СТУПЕНИ

 

cyberpedia.su

Помогите разобраться с асинхронным двигателем

"При недогрузке асинхронного двигателя падает его коэффициент мощности, и кпд."

Не совсем так. Только при очень сильной недогрузке, где-то 10% и меньше. А при 50% и даже 25% нагрузки косинус и кпд остаются очень высокими, особенно у не самых слабых моторов, которые и потребляют основную часть мощности энергосистем.Посмотрите например таблицу 2.1 в книге - Кравчик, Асинхронные двигатели серии 4А. Справочник. 1982Скан этой таблицы не удалось прикрепить, но вот например данные для слабого, среднего и мощного моторов 1500 об/мин из страницы 28

4AA63B4, 0.37 кВтнагрузка (%) - кпд (%): 25=51,5, 50=64.5, 75=68.0, 100=68.0, 125=64.0нагрузка (%) - cos: 25=0.29, 50=0.45, 75=0.58, 100=0.69, 125=0.75

4A132S4, 7.5 кВт, нагрузка (%) - кпд (%): 25=77.5, 50=86.0, 75=87.5, 100=87.5, 125=86.0нагрузка (%) - cos: 25=0.53, 50=0.71, 75=0.83, 100= 0.86, 125=0.87

4A280M4, 132 кВтнагрузка (%) - кпд (%): 25=90.0, 50=93.0, 75=93.5, 100=93.0, 125=91.0нагрузка (%) - cos: 25=0.81, 50=0.90, 75=0.91, 100=0.90, 125=0.87

Как видно, максимум коэф. мощности и кпд для моторов средней и большой мощности находится при мощности порядка 70...80% номинальной, что вполне логично, так как большинство моторов выбираются с некоторым запасом мощности.Из этой таблицы не видно, но в учебниках рисуют графики косинуса и кпд и там видно, что при очень низкой мощности, меньше 10% косинус и кпд становятся очень низкими.

------------------------------------------"Что вызывает гармоники ЭДС и тока (он ведь тоже падает с понижением момента вращения) в сети куда подключен АД, что может вывести из строя другие подключённые туда приборы. "

Нет. Я правда не знаю как изменяются гармоники от нагрузки мотора, но вроде бы они уменьшаются с уменьшением нагрузки, да и вообще высшие гармоники тока асинхронных моторов составляют доли процента, поэтому на них можно не обращать внимания. Да если бы и были большие, то по-моему никак они не смогли бы вывести из строя включенные рядом приборы.

------------------------------------------"При этом с самим АД не случится ни-че-го. И даже наоброт, он радостно и весело будет работать в пол силы"

Конечно, от работы кони дохнут, мотор того же мнения. Чем меньше нагрузка - тем меньше ток - тем меньше температура обмоток и подшипников - тем они дольше прослужат.

_________________________То есть основной недостаток сильного недоиспользования мощности мотора тот, что купили например мотор 5.5 квт, а могли бы 3.0 квт, намного дешевле. Зато есть запас мощности. Вообще проблема низкого косинуса фи - это не проблемы производства использующего недогруженные моторы, а проблема энергосистемы, так как у них из-за низкого косинуса неоправдано большие потери энергии при ее передаче, поэтому они заставят поставить на производстве компенсаторы реактивной мощности и проблем вообще не будет, разве что затраты на обслуживание и замену сгоревших компенсаторов.У нас например косинус фи цеха где-то около 0.35. Компенсатор поднимает до 0.8...0.9.

otvet.mail.ru

Работа трехфазных асинхронных двигателей при неноминальных условиях

Изменение частоты.Частота сети ftможет отличаться от номинальной fH, в особенности, в маломощных автономных энергетических установках (транспорт, лесоразработки, изолированные строительные объекты и пр.). Рассмотрим влияние изменения частоты на работу двигателя, когда иг= £/1н = const и момент нагрузки на валу Мст равен или близок номинальному.

Если пренебречь падениями напряжения, то

откуда следует, что при иг — const изменение fxприводит к изменению потока двигателя Ф. С другой стороны,

М = &Ф/2 cos t|j2,

откуда следует, что при Мст = const изменение Ф приводит к изменению вторичного тока /2 и нагрузочной составляющей первичного тока.

Ввиду заметного насыщения магнитной цепи асинхронных двигателей уменьшение /х и соответствующее ему увеличение Ф приводят к значительному увеличению намагничивающего тока /м. Например, уменьшение d на 10% обычно вызывает увеличение /„ на 20—30%. Хотя при увеличении Ф и МС1 — const ток /2 соответственно уменьшается, более значительное увеличение намагничивающего тока может вызвать общее увеличение первичного тока и перегрев первичной обмотки.

Увеличение fxи соответствующее ему уменьшение Ф приводят к заметному уменьшению намагничивающего тока. При этом, однако, при М„ = const растет ток /2, что приводит к перегрузке током обмотки ротора, а при определенных условиях также и к перегрузке обмотки статора.

Таким образом, как уменьшение, так и увеличение частоты вызывают ухудшение условий работы асинхронных двигателей, работающих при нагрузках, близких к номинальным. Поэтому колебания частоты сети должны быть ограничены. По ГОСТ 183—66 двигатели должны отдавать номинальную мощность при отклонениях частоты от номинального значения до ±5%.

Изменение напряжения приfx = /lH приводит, согласно равенству (29-2), к тем же последствиям, как и изменение частоты, с той лишь разницей, что уменьшение Uxвызывает также уменьшение Ф и наоборот. Поэтому изменение игпри /х = const и при нагрузках, близких к номинальным, тоже приводит к ухудшению условий работы асинхронных двигателей. В связи с этим колебания Ux

также должны быть ограничены. На основании ГОСТ 183—66 двигатели должны отдавать номинальную мощность при отклонениях напряжения сети от номинального в пределах от —5 до +10%. При одновременном отклонении напряжения и частоты двигатели переменного тока, согласно ГОСТ 183—66, должны отдавать номинальную мощность, если сумма процентных значений этих отклонений без учета знаков не превосходит 10%.

Переключение обмоток слабо загруженных асинхронных двигателей с треугольника на звезду. Как было установлено, при боль-

Рис. 29-13. "Рабочие характеристики асинхронного двигателя

28 mm, 975 об/мин при соединениях обмотки статора в трегулышк"

и звезду и при напряжении сети, равном номинальному фазному

напряжению двигателя

шой нагрузке асинхронного двигателя уменьшение напряжения не его зажимах приводит к перегрузке обмоток двигателя токами <я всеми вытекающими отсюда ^Последствиями (увеличение потери! уменьшение к. п. д., перегрев обмоток). Однако если двигателЩ нагружен слабо, например до 35—40% от номинальной мощности! то уменьшение игможет привести к улучшению энергетическиэ| показателей двигателя. Действительно, намагничивающий ток /^ в результате уменьшения потока при этом весьма значительна уменьшается и, следовательно, коэффициент мощности заметно уве* личивается. Уменьшаются пропорционально U\ также магнитные потери. Хотя при Мст = const уменьшение £/а будет вызывать соответствующее увеличение /£, вследствие недогрузки двигателя величина /а может не превышать номинального значения. Нагрузоч* ная составляющая 1гувеличивается тай, же, как /£, но ввиду умени шения /„ результирующая величина 1гможет даже уменьшиться?

В результате указанных причин величина к. п. д. ц может увеличиться.

По ряду причин некоторые асинхронные двигатели в условиях эксплуатации могут быть сильно недогруженными. Если обмотки статора таких двигателей нормально соединены в треугольник, то для улучшения c6s ф и к. п. д. двигателей может оказаться целесообразным переключение их в звезду. Напряжения фаз при этом уменьшатся в |/"3 раза, что вызовет также уменьшение Ф в У"3 раза, уменьшение /м в 2—2,5 раза и при условий Mcr= const = увеличение /а в V"3 раза. Если при этом к. п. д. улучшится или даже останется неизменным, то для улучшения cos ф сети целесообразно переключить обмотки статора в звезду. Величина нагрузки, ниже которой такое переключение дли данного двигателя целесообразно, должна быть установлена путем расчета или экспериментально.

На рйс. 29-13 в качестве иллюстрации к сказанному приведены характеристики двигателя на 28 кет, 975 обТмин. Из этих характеристик видное что для улучшения cos ф переключение обмоток этого двигателя в звезду целесообразно при нагрузках ниже 40% от номинального значения, когда cos ф и г) будут выше, чем при соединении в треугольник.

§ 29-8. Несимметричные режимы работы асинхронных двигателей

Предварительные замечания. Несимметричные режимы работы асинхронных Двигателей возникают в следующих случаях: 1) при искажении симметрии напряжений сети, 2) при несимметрии сопротивлений в цепях статора и ротора, 3) при несимметричной схеме соединений обмоток двигателя. Такие режимы могут возникнуть как результат отклонения условий работы двигателя от нормальных, в частности, вследствие неисправностей и аварий. В ряде случаев несимметричные режимы используются для получения характеристик с особыми свойствами. Рассмотрим некоторые несимметричные режимы и будем полагать, что устройство асинхронной машины в целом и фаз ее обмоток является симметричным.

Несимметричные режимы работы асинхронных машин целесообразно исследовать с помощью метода симметричных составляющих, пренебрегая насыщением и пользуясь методом наложения. Составляющие нулевой последовательности в токах обмоток асинхронных двигателей обычно не возникают, так как нулевые точки этих обмоток, если обмотки соединены в звезду, обычно изолированы. Поэтому следует рассмотреть поведение асинхронных машин по отношению к составляющим напряжений и токов прямой и обратной последовательности.

Работа асинхронной машины при несимметрии приложенных напряжений.Пусть система трехфазных напряжений, приложенных к первичной обмотке асинхронной машины, несимметрична и содержит составляющие прямой (Un) и обратной (£/12) последовательности. Все изложенное в предыдущих главах относилось к асинхронной машине с напряжениями и токами прямой последовательности. Повторим здесь вкратце полученные выше результаты, введя дополнительный индекс 1 для обозначения прямой последовательности, а затем распространим эти результаты на напряжения и токи обратной последовательности (с дополнительным индексом 2).

Рис. 29-14. Схемы замещения асинхронной машины для токов инапряжений прямой (а) и обратной (б) последовательности

Напряжения Unвызывают в первичной цепи машины токи прямой последовательности 1п. Эти токи создают магнитное поле и поток прямой последовательности, которые вращаются со скоростью

и индуктируют токи прямой последовательности /21 во вторичной обмотке. Токи 1ии /21 создают общее магнитное поле прямой последовательности, вращающееся со скоростью nvСкольжение ротора относительно этого поля есть скольжение прямой последовательности:

где п — скорость вращения ротора, положительная в случае, когда ротор вращается в сторону поля прямой последовательности.

Для системы токов и напряжений прямой последовательности действительна схема замещения рис. 29-14, а, которая идентична со схемами замещения рис. 24-6. Эта схема позволяет рассчитать токи 1пи /ji, если известны Uuи параметры машины.

Необходимо отметить, что, кроме моментов Мги М%, в результате взаимодействия токов обратной последовательности ротора с прямым полем и взаимодействия токов прямой последовательности ротора с обратным полем возникают также добавочные составляющие вращающего момента. Однако эти добавочные моменты пульсируют с большой частотой, равной 2fltи средняя величина их равна нулю. Поэтому они практически не оказывают влияния на движение ротора-. Вместе с тем в результате взаимодействия прямых и обратных полей возникают вибрационные радиальные силы частоты 2/х.

Надо также отметить, что в общем случае параметры вторичной цепи r'i и х'а2для токов прямой и обратной последовательности различны, так как частоты этих токов fn = sfi, fn= (2 —s)^ неодинаковы й влияние вытеснения тока сказывается поэтому в различной степени. Это обстоятельство необходимо учитывать при практических расчетах.

На рис. 29-15 изображены кривые моментов Мъ Ма и М для случая, когда

ипи и и постоянны по величине и U12/Uu= 0,5. Ввиду преобладания составляющей прямой последовательности режим работы машины а целом определяется действием этой составляющей. Как видно из рис. 29-15, под влиянием токов обратной последовательности результирующий момент двигателя М снижается, скольжение при том же моменте сопротивления на валу Мст увеличивается и, следовательно, увеличиваются потери и нагрев машины, а также уменьшается к. п. д. Все это является следствием тогоГ что по отношению к системе обратной последовательности мащина при 0 < s < 1 работает в тормозном режиме (1 < sa < 2). Из сказанного следует, что наличие токов обратной последовательности ухудшает условия работы асинхронных двигателей, й поэтому искажение симметрии системы питающих напряжений нежелательно. Однако в ряде случаев несимметричные режимы используются в специальных целях.

Несимметрия сопротивлений во вторичной цепи может возникать в результате различных неисправностей (например, отсутствие контакта в цепи одной фазы трехфазного ротора или обрыв одного или нескольких стержней короткозамкнутого алюминиевого ротора вследствие дефектов литья). Иногда для уменьшения числа контак-

Рис 29-15 Моменты прямой (Mt) и обратной {М2) последовательности и результирующей момент (М) асинхронной машины в функции скольжения

тов реостата или контроллера при сохранении достаточно большого числа ступеней пуска применяются также несимметричные пусковые реостаты, в которых переключение ступеней реостата в разных фазах производится неодновременно. Например, если каждая фаза трехфазного пускового реостата имеет п — 2 ступени и переключение ступеней в каждой фазе производится одновременно, то получим 2+1=3 ступени пуска. Если же ступени каждой фазы переключить поочередно, то получим 2-3+1 = 7 ступеней пуска. В последнем случае большое количество ступеней пуска достигается при относительно простой и дешевой пусковой аппаратуре.

Рассмотрим, как влияет несимметрия цепи ротора на работу двигателя. Предположим при этом, что обмотка ротора является трехфазной.

Симметричная система напряжений сети Uxвызывает в обмотке статора токи 1г ~ 1пчастоты сети fvВращающееся поле прямой последовательности, созданное этими токами, индуктирует в фазах ротора э. Д. с Е% частоты /3 = sh- Вследствие неравенства сопротивлений отдельных фаз токи в фазах ротора будут неодинаковы, и их можно разложить на токи прямой (/21) и обратной (1п) последовательности.

Токи прямой последовательности ротора 1пчастоты sfx создают прямое поле, вращающееся синхронно с полем токов 1Х= 1истатора, вследствие чего образуется результирующее, или общее, прямое поле двигателя. В результате взаимодействия этого поля с токами ротора /г1 создается вращающий момент прямой последовательности Mi, который имеет ту же природу, что и обычный момент двигателя при cHMMetph5HOM режиме работы.

Токи обратной последовательности ротора /22 также имеют частоту /s =» sftи создают поле, вращающееся со скоростью

которые замыкаются через сеть и накладываются на токи /ц частоты fvТак как в самой первичной сети нет напряжений и э. д. с. частоты /w и сопротивление сети по отношению к сопротивлению

обмоток двигателя мало, то можно считать, что обмотка статора по отношению к токам /13 замкнута накоротко.

Токи ротора /32 и статора /12 создают общее вращающееся поле, и при взаимодействии этого поля с током ротора /2а возникает действующий на ротор момент Мг. Общий действующий на ротор вращающий момент

При скольжениях 0,5<s< 1,согласно равенству (29-11), имеем л2 < 0, т. е. обратное поле вращается относительно статора в отри-

Рис. 29-16. Кривые вращающих моментов

асинхронного двигателя при несимметрии

сопротивлений в фазах (а) и при разрыве

цепи одной фазы (б) обмотки ротора

дательном направлении. Однако создаваемый при этом момент М2 действует в положительном направлении (М2 > 0), в результате чего и сам ротор вращается против направления вращения поля. Эти явления вполне аналогичны явлениям в асинхронном двигателе с питанием со стороны ротора, когда движение ротора также происходит против направления поля. При скольжениях 0 < s <

< 0,5 [см. выражение (29-11)] имеем п3 > 0, т. е. обратное поле вращается в положительном направлении, вследствие чего М2<

< 0. При s = 0,5 [см. выражение (29-11)1п% = 0, обратное поле неподвижно относительно статора, поэтому токи /12 в статоре не индуктируются и М2= 0.

Характер кривой момента М2 = f (s) представлен на рис. 29-16, а. Там же показан характер кривой Мх = f (s) и М = Мх -f- M2 = = f (s). Кривая момента Мхимеет в области s = 0,5 провал в связи с тем, что при s = 0,5 ток /12 = 0, размагничивающее действие токов /1а по отношению к полю токов ротора /22 отсутствует (режим идеального холостого хода), поэтому индуктивное сопротивление

токам /22 велико, вследствие чего величины всех токов /22, h\ и /х = /п при s « 0,5 уменьшаются.

В связи со сказанным выше кривая моментов М = f (s) двигателя также имеет в области s = 0,5 провал. При значительной несимметрии сопротивлений вторичной цепи величина этого провала может оказаться настолько большой, что двигатель при пуске «застрянет» на скорости п та 0,5 пхи не достигнет нормальной скорости вращения. Токи обмоток при этом будут велики и опасны для двигателя. Если одна из трех фаз ротора имеет обрыв, то величина М в области s — 0,5 будет даже отрицательной (рис. 29-16, б) и двигатель не достигнет нормальной -скорости вращения даже при пуске на холостом ходу. Такое явление впервые было описано Г. Гергесом в 1896 г. и называется эффектом Гергеса или эффектом одноосного включения. При увеличении активных сопротивлений цепи ротора, например, с помощью реостата кривая момента при обрыве одной фазы цепи ротора становится более благоприятной.

lektsia.com

Рабочие характеристики асинхронных двигателей

Так как асинхронные двигатели на промышленных предприятиях являются основными потребителями реактивной мощности, то в первую очередь, необходимо упорядочить режим их работы.

 

Рисунок 3.2 – Статические характеристики АД

 
 

 

 

Рисунок 3.3 – Механические характеристики АД

Величина потребления реактивной мощности асинхронными двигателями зависит от коэффициента загрузки и номинального коэффициента мощности двигателей.

Реактивная мощность двигателя при номинальной нагрузке равна

, квар

где hн – номинальный к.п.д. двигателя;

tg jн – тангенс угла сдвига фаз, соответствующий номинальному коэффициенту мощности (cos jн).

Реактивная мощность двигателя при данной его нагрузке равна

где Q0 – реактивная мощность эл. двигателя на холостом ходу, квар;

– прирост потребления реактивной мощности при номинальной нагрузке двигателя, квар;

– коэффициент загрузки двигателя;

Р – мощность нагрузки на валу двигателя, кВт;

Рн – номинальная мощность двигателя, кВт.

 

Основную роль в балансе реактивной мощности асинхронного двигателя играет реактивная мощность холостого хода, зависящая от объема магнитной цепи, т.е. от конструкции двигателя.

Чем выше номинальный коэффициент мощности, тем относительно меньше реактивная мощность холостого хода двигателя.

У асинхронных двигателей с номинальным коэффициентом мощности cos jн = 0,91¸0,93 реактивная мощность холостого хода составляет около 60% всей реактивной мощности при номинальной загрузке двигателя. Для двигателей с cos jн = 0,77¸0,79 она достигает 70 %.

Для повышения коэффициента мощности необходимо правильно выбрать мощность асинхронных двигателей с оптимальной их загрузкой Кз = 0,6¸0,8, максимально ограничить работу на холостом ходу, т.е. провести мероприятия, снижающие потребление из сети реактивной мощности. Графики зависимостей активной, реактивной мощностей и cos j асинхронных двигателей от величин коэффициента их загрузки называют рабочими характеристиками (рисунок 3.4).

 

 

 

 

Рисунок 3.4 – Рабочие характеристики АД

 

Снижение потребления реактивной мощности асинхронными двигателями.

Для достижения экономичной работы системы электроснабжения необходимо выполнение мероприятий, снижающих потребление реактивной мощности предприятиями от энергосистемы. Эти мероприятия разбиваются на мероприятия, не требующие специальных компенсирующих устройств и целесообразные во всех случаях, и на мероприятия, требующие специальных компенсирующих устройств для выработки реактивной мощности.

Так как АД являются основными потребителями реактивной мощности (60-65 % от общего потребления реактивной мощности), рассмотрим мероприятия, снижающие потребление реактивной мощности асинхронными двигателями:

1. Замена систематически недогруженных асинхронных двигателей со средним коэффициентом загрузки менее 45 % на двигатели меньшей мощности, если это выполнимо по конструктивным условиям.

2. Установка ограничителей холостого хода асинхронных двигателей.

3. Снижение напряжения питания асинхронных двигателей, загруженных не выше чем на 45 % путем переключения схемы обмоток с треугольника на звезду. При этом вращающий момент и активная мощность электродвигателя уменьшаются в 3 раза (), загрузка двигателя и его коэффициент мощности повышаются, а потребление реактивной мощности снижается.

4. Повышение качества ремонта асинхронных двигателей, т.е. при ремонте необходимо точно соблюдать номинальные данные двигателей.

Компенсация реактивной мощности в питающей сети.

К мероприятиям, связанным с применением компенсирующих устройств и улучшающим режим в питающей сети, относится установка батарей статических конденсаторов. При этом может быть применена групповая на шинах или индивидуальная компенсация реактивной мощности.

Установка БК позволяет разгрузить питающую сеть, включая генераторы электростанций, от передачи и выработки значительной величины реактивной мощности, что приводит большому экономическому эффекту.

 

3.4.2 Подготовка стенда к работе

Включить автомат QF и подать напряжение на потенциал-регулятор АТ. Ключом SA4 установить напряжение сети U=380-400 В, ключом SA5 соединить обмотку статора АД в звезду. С генератора снять возбуждение (ручку статора RR в цепи обмотки возбуждения повернуть влево до упора) и разомкнуть цепь нагрузки ключом SA6, т.е. подготовить включение двигателя на холостой ход.

 

3.4.3 Снять рабочие характеристики АД

Кнопкой ПУСК магнитного пускателя КМ включить асинхронный двигатель (без подключения конденсаторов) и нагрузить его от холостого хода до 1,1-1,2 РН. Снять показания приборов и результаты занести в таблицу 3.1.

 

Таблица 3.1 – Рабочая характеристика АД

  U, B I, A P, кВт Q, квар КЗ=Р/РН cos j Примечания
             
             
...              

Построить графически зависимость потребления активной и реактивной мощностей и коэффициента мощности (cos j) от загрузки асинхронного двигателя.

 

3.4.4 Провести анализ эффективности компенсации реактивной мощности в питающей сети

В настоящей лабораторной работе исследуется режим индивидуальной компенсации реактивной мощности АД (рисунок 3.1). Установить на двигатель постоянную нагрузку близкую к РН, определить коэффициент мощности в сети, питающей АД. Включая конденсаторные батареи снять показания измерительных приборов, подсчитать коэффициенты мощности в трех режимах и результаты занести в таблицу 3.2.

 

Таблица 3.2 – Компенсация реактивной мощности в питающей сети АД

  Р, кВт Q, квар S, кВА cos j I, А
АД          
АД + СВ1          
АД + СВ1 + СВ2          
АД + СВ1 + СВ2 + СВ3          

 

Провести анализ результатов замеров и сделать вывод об эффективности компенсации реактивной мощности в сети, питающей АД.

 

3.4.5 Провести опыт переключения обмоток АД с треугольника на звезду

Отключив двигатель, установить напряжение питающей сети UЛ=220-230 В, соединить обмотку двигателя в треугольник и включить напряжение, установив на двигателе нагрузку в пределах 0,25-0,4 РН (по заданию преподавателя). Отключить двигатель, переключить обмотку статора с треугольника на звезду и вновь включить двигатель в сеть UЛ =230 В при той же активной нагрузке. Снять показания приборов и результаты занести в таблицу 3.3, сравнить коэффициенты мощности cos j, результаты объяснить.

 

Таблица 3.3 – Переключение обмотки АД с треугольника на звезду

U, В I, A P, кВт Q, квар S, кВА соs j
D          
Y          

 

3.4.6 Снять статические характеристики АД

Статические характеристики - это зависимость потребляемой активной и реактивной мощностей АД от напряжения питающей сети.

Для выполнения этого пункта работы обмотку двигателя включить в звезду, установить нагрузку на двигатель в пределах 0,5-0,7 РН при напряжении сети UЛ = 380-400 В, затем, уменьшая напряжение 5-6 ступенями до 0,5-0,6 UН при неизменной нагрузке на двигатель, снимают показания приборов и заносят в таблицу 3.4.

Примечание. Если обмотка статора двигателя включается в треугольник, то напряжение сети изменяется в пределах UЛ = 250-120 В. Если при снижении напряжения двигатель опрокинется, т.е. вращающий момент двигателя станет меньше момента сопротивления механизма Мдв< Мс мех, его необходимо быстро отключить (рисунок 2.3, т.3).

 

Таблица 3.4 – Статическая характеристика АД

  U, В I, А P, кВт Q, квар U*=U/Uн I* =I/Iн P* = Р/Рн Q* = Q/Qн
               
               
...                

 

Построить графически статические характеристики асинхронного двигателя, дать пояснения к ним.

 

Техника безопасности

 

При напряжении сети UЛ =380 В категорически запрещается включать обмотку АД в треугольник, т.к. напряжение сети будет выше паспортного напряжения двигателя в 1,73 раза, что приведет к быстрому перегреву обмоток статора.

 

Вопросы для подготовки

 

1 На что расходуется активная и реактивная мощности в асинхронном двигателе?

2 Как изменяется коэффициент мощности (cos j) с увеличением загрузки асинхронного двигателя и почему?

3 Какой экономический эффект дает замена малозагружаемых асинхронных двигателей двигателями меньшей мощности и установка ограничителей холостого хода станков?

4 Как изменяется потребляемая реактивная мощность и коэффициент мощности (cos j) в результате снижения напряжения сети или переключения обмотки статора с треугольника на звезду при нагрузке асинхронного двигателя менее 45 %?

5 Как изменяются параметры асинхронных двигателей - вращающий момент, коэффициент мощности (cos j), обороты при уменьшении и увеличении напряжения сети?

6 Основные потребители реактивной мощности и их характеристики.

7 Источники реактивной мощности и их характеристики.

8 В чем сущность вопроса компенсации реактивной мощности в распределительных электрических сетях промышленных предприятий?

9 Перечислите мероприятия, снижающие потребление реактивной мощности самими электроприемниками.

10 Условие устойчивой работы электродвигателей и когда может произойти его опрокидывание?

11 Изменяется ли напряжение в узле питания при включении и отключении конденсаторных батарей?

12 Как изменяется потребляемая активная и реактивная мощности потребителей в зависимости от напряжения питающей сети?

13 Для чего необходимо знать статические характеристики электроприемников?

14 Докажите с помощью формул экономическую целесообразность компенсации реактивной мощности.

 

Лабораторная работа № 4

stydopedia.ru

2.8.4. Работа ад при неноминальных условиях

а) Изменение частоты

При эксплуатации АД возможно изменение номинальных условий, например частоты питающей сети , которая может быть больше или меньше. Допустим, нагрузочный моментAД равен номинальному . Если пренебречь падением напряжения в обмотке статора, то можно записать:

. (2.19)

При любых изменениях изменяется поток, что вызывает изменение тока холостого хода. Так как

, (2.20)

то изменение потока вызывает изменение тока .

Допустим . Согласно (2.19) поток при этом увеличивается, что приводит к увеличению тока холостого хода и уменьшению коэффициента мощности. С другой стороны, согласно (2.20) уменьшение токавызывает уменьшение тока. Однакобудет повышаться за счет превалирующего увеличения тока холостого хода(рис. 2.47). Это может вызвать перегрев обмотки статора. Кроме того, увеличение потока сопровождается увеличением магнитных потерь. При повышении частоты, поток согласно (2.19) понижается, в результате чего уменьшается ток холостого хода, но при этом, согласно (2.20), увеличивается вторичный ток, вызывая перегрев обмотки ротора. Увеличение токаможет вызвать повышение первичного тока. Однако, уменьшение тока холостого ходаможет оставить неизменным ток. Таким образом, отклонение частоты ухудшают условия работы АД, работающих при номинальной нагрузке. Согласно стандарту АД должны отдавать номинальную мощность при отклонении частоты± 5%.

б) Изменение первичного напряжения

В данном случае любые изменения напряжения, вызывают изменение потока, как и в предыдущем случае. Такие изменения сопровождаются аналогичным ухудшением условий работы АД при номинальной нагрузке. Согласно стандарту АД должны отдавать номинальную мощность при отклонениях питающего напряжения в пределах –5% до +10%. Если напряжение и частота меняются одновременно, то согласно стандарту АД должен развивать номинальную мощность, если сумма процентных отклонений, без учета знака, не превышает 10 %.

в) Переключение обмотки статора слабонагруженных асинхронных двигателей с треугольника на звезду

Предполагается, что нормальное соединение обмотки статора – треугольник (Д) (рис. 2.48). Если нагрузка АД составляет 30…40% от номинальной, то уменьшение напряжения питания приводит к улучшению энергетических показаний двигателя. Действительно, как показано выше с уменьшением уменьшаетсяФ, что сопровождается уменьшением тока холостого хода и улучшением коэффициента мощности. Кроме того, магнитные потери уменьшаются пропорционально. Увеличениене представляет особой опасности, т.к. двигатель недогружен, и первичный ток может оказаться равным номинальному или меньше его. Все это улучшает энергетические показатели АД. На практике уменьшение фазного напряжения недогруженного АД осуществляется путем переключений обмотки статора с Д на У.

В этом случае фазное напряжение уменьшается в √3 раз, поток также уменьшается в √3 раз, вызывая уменьшение тока холостого хода в (2…2,5) раза. увеличивается в √3 раз. Такое переключение сопровождается увеличением КПД и коэффициента мощности недогруженного АД.

      1. Работа трехфазных асинхронных двигателей

при несимметрии трехфазных напряжений

Допустим, что подводимые к АД напряжения образуют не симметричную трехфазную систему напряжений. Ее можно представить в виде двух симметрических системи .

Здесь второй индекс «1» относится к прямой последовательности, а «2» - к обратной. При этом:

,

,

,

где – оператор поворота.

,

.

Составляющих нулевой последовательности нет, т.к. отсутствует нулевой провод.

Система напряжения прямой последовательности создает в статоре симметричную трехфазную систему токов . Эти токи создают вращающиеся магнитное поле прямой последовательности, которые наводят в роторе токи прямой последовательности.В результате взаимодействия токов иобразуется результирующее магнитное поле прямой последовательности, относительно которого ротор вращается со скольжением .

Схема замещения соответствующая током прямой последовательности и прямому полю имеет вид (рис.2.49).

В результате взаимодействия прямого поля и токами ротора создается момент

.

Система обратной последовательности вызывает появление в обмотке статора токов обратной последовательности . Последние создают поле обратной последовательности, которое вращается в противоположную сторону с частотой. Это поле наводит в обмотке ротора токи обратной последовательности. Токи обратной последовательности статора и ротора создают результирующее поле обратной последовательности, по отношению к которому ротор вращается со скольжением

.

Так как , то, то в результате взаимодействия обратного поля с токами ротора обратной последовательности возникает электромагнитный момент

.

Схема замещения имеет вид (рис. 2.50)

Результирующий момент АД в данном случае

.

Для токов прямой и обратной последовательности частоты неодинаковы . Здесь следует учитывать наиболее сильное влияние эффекта вытеснение для токов обратной последовательности.

Как следует из последнего рисунка, момент при несимметрии питания уменьшается, уменьшается КПД, появляются потери от обратного поля (рис. 2.51).

      1. Несимметрия сопротивлений во вторичной цепи

асинхронного двигателя

Несимметрия сопротивлений обмотки ротора АД может быть вызвана в АДФ из-за плохого контакта в цепи одной из фаз ротора, а случае АДК – обрывом одного или нескольких стержней.

При не симметрии сопротивлений обмотки ротора токи в его фазах будут не одинаковы. Они образуют несимметричную систему токов, которую можно представить в виде 2-х симметричных и. Эти токи имеют частоту. Они создают прямое и обратное поле, вращающееся относительно ротора с частотой вращения.

Прямое поле ротора вращается относительно статора с частотой вращения

.

Таким образом, прямое поле ротора вращается с той же частотой вращения относительно статора, что и поле статора, т. е. эти поля вращаются синхронно с частотой . Они неподвижны относительно друг друга и образуют результирующее поле. В результате взаимодействия последнего с токами ротора возникает электромагнитный можетМ1аналогичный моменту при симметричном питании.

Обратное поле ротора вращается относительно статора с частотой вращения

.

Это обратное поле наводит в статоре токи частоты, замыкающиеся через сеть. В результате взаимодействия обратного поля ротора с токамивозникает момент. Величина этого момента зависит от частоты вращения ротора или от его скольжения. Действительно, если, то, а момент, т. е. является ускоряющим. При, момент, т. е. является тормозным. При . Таким образом, моментявляется знакопеременным. Поясним это графически и изобразим зависимости(рис.2.52).

Кривая результирующего момента имеет провал при частоте вращения близкой к полусинхронной. В связи с этим при пуске АД возможно «застревание» двигателя на полусинхроной частоте вращения (точкаасм. рис. 2.52,в). Это явление называют эффектом одноосного включения.

87

studfiles.net

Работа асинхронного двигателя под нагрузкой

Сердечник ротора также набирают из стальных пластин толщиной 0,5 мм, изоли­рованных лаком или тонкой бумагой для уменьшения потерь на вихревые токи. Пла­стины штампуют с впадинами и собирают в пакеты, которые крепят на валу машины, образуя цилиндр с продольными пазами. В пазах укладывают проводники обмотки ротора. В зависимости от типа обмотки асинхронные машины могут быть с фазным и короткозамкнутым рото­рами. Фазная обмотка ротора выполнена подобно статорной, т. е. проводники соответствующим образом соединены между собой, образуя трехфазную систему. Обмотки трех фаз соединены звез­дой. Начала этих обмоток подключены к трем контактным медным

кольцам, укрепленным на валу ротора. Кольца изолированы друг от друга и от вала и вращаются вместе с ротором. При вращении колец поверхности их скользят по угольным или медным щеткам, неподвижно укрепленным над кольцами. Обмотка ротора может быть замкнута на какое-либо сопротивление или накоротко при помощи указанных выше щеток. Короткозамкнутая обмотка рото­ра выполняется по типу беличь­его колеса  (рис.  113).  В  пазах ротора укладывают массивные стержни, соединенные на торцовых сторонах медными кольцами. Часто короткозамкнутую обмотку ротора изготовляют из алюминия. Алюминий в горячем состоянии заливают в пазы ротора под давлением. Такая обмотка всегда замкнута накоротко и включение сопротивлений в нее невозможно. Двигатели  с  короткозамкнутым  ротором  проще  и  надежнее в эксплуатации, значительно дешевле, чем двигатели с фазным ротором. Однако двигатели с фазным ротором, как мы увидим ниже,  обладают лучшими пусковыми и регулировочными свойствами.

В настоящее время асинхронные двигатели выполняют преимущественно с короткозамкнутым ротором и лишь при больших мощностях и  в специальных  случаях  используют  фазную  обмотку

ротора.

В СССР производят асинхронные  двигатели мощностью от нескольким десятков ватт до 15 000 кет при напряжениях обмотки статора до 6 кв.

Между статором и ротором имеется воздушный зазор, величина которого оказывает существенное влияние на рабочие свойства двигателя.

Наряду с важными положительны-; ми качествами — простотой конструкции  и  обслуживания,  малой  стоимостью — асинхронный двигатель имеет и некоторые недостатки, из которых наиболее существенным является относительно низкий коэффициент мощности (соs ). У асинхронного двигателя соs   при полной нагрузке может достигать значений 0,85—0,9; при недо­грузках двигателя его соs   резко уменьшается и при холостом ходе составляет 0,2—0,3.

Низкий коэффициент мощности асинхронного двигателя объяс­няется большим потреблением реактивной мощности, которая не­обходима для возбуждения магнитного поля. Магнитный поток в асинхронном двигателе встречает на своем пути воздушный зазор между статором и ротором, который в большой степени увеличи­вает магнитное сопротивление, а следовательно, и потребляемую двигателем реактивную мощность.

В целях повышения коэффициента мощности асинхронных дви­гателей воздушный зазор стремятся делать возможно меньшим, доводя его у малых двигателей (порядка 2—5 квт) до 0,3 мм. В двигателях большой мощности воздушный зазор приходится увеличивать по конструктивным соображениям, но все же он не превышает 2—2,5 мм.

§ 92. РАБОТА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ПОД НАГРУЗКОЙ

В рабочем режиме ротор двигателя вращается с числом оборо­тов в минуту n2, меньшим числа оборотов n1 магнитного поля ста­тора, вращающегося в том же направлении, что и ротор. Поэтому магнитное поле, имеющее большую скорость, скользит относитель­но ротора с числом оборотов, равным разности чисел оборотов поля и ротора, т. е.

Относительное отставание ротора от вращающегося магнитного поля статора характеризуется скольжением S.

Скольжение представляет собой отношение числа оборотов магнитного поля статора относительно вращающегося ротора к числу оборотов поля статора в пространстве, т. е.

Эта формула определяет скольжение в относительных едини­цах. Скольжение может быть также выражено в процентах:

Если ротор неподвижен (n2=0), то скольжение равно единице или 100%.

Если ротор вращается синхронно с магнитным полем, т. е. с одинаковой скоростью (n2=n1), то скольжение равно нулю.

Таким образом, чем больше скорость вращения ротора, тем меньше скольжение.

В рабочем режиме асинхронного двигателя скольжение мало. У современных асинхронных двигателей скольжение при полной нагрузке составляет 3—5%, т. е. ротор вращается с числом оборо­тов, незначительно отличающимся от числа оборотов магнитного поля статора.

При холостом ходе, т. е. при отсутствии нагрузки на валу, сколь­жение ничтожно мало и может быть принято равным нулю.

Скорость вращения ротора можно определить из следующих соотношений:

Двигатель будет работать устойчиво с постоянной скоростью вращения ротора при равновесии моментов, т. е. если вращающий момент двигателя Мвр будет равен тормозному моменту на валу двигателя Мтор, который развивает приемник механической энер­гии, например, резец токарного станка. Следовательно, можно записать:

Любой нагрузке машины соответствует определенное число обо­ротов ротора т2 и определенное скольжение S.

Магнитное поле статора вращается относительно ротора с чис­лом оборотов n8 и индуктирует в его обмотке э. д. с. Е2, под дей­ствием которой по замкнутой обмотке ротора протекает ток силой I2.

Если нагрузка на валу машины увеличилась, т. е. возрос тор­мозной момент, то равновесие моментов будет нарушено, так как тормозной момент окажется больше вращающего. Это приведет к уменьшению скорости вращения ротора, а следовательно, к уве­личению скольжения. С увеличением скольжения магнитное поле статора будет пересекать проводники обмотки ротора чаще, э. д. с. E2, индуктированная в обмотке ротора возрастет, а в силу этого увеличится как сила тока в роторе, так и развиваемый двигателем вращающий момент. Увеличение скольжения и силы тока в ротор; будет происходить до значений, при которых вновь наступит равновесие моментов, т. е. вращающий момент станет равным тормоз­ному.

Так же протекает процесс изменения числа оборотов ротора и развиваемого момента при уменьшении нагрузки двигателя, С уменьшением нагрузки на валу двигателя тормозной момент становится меньше вращающего, что приводит к увеличению скорости вращения ротора или к уменьшению скольжения. В результате уменьшаются э. д. с. и сила тока в обмотке ротора, а следовательно, и вращающий момент, который вновь становится равным тормозному моменту.

Магнитное поле статора пересекает проводники обмотки статора и индуктирует в ней э. д. с. Е1 которая уравновешивает приложен­ное напряжение сети U1.

Если пренебречь падением напряжения в сопротивлении обмотки статора, которое мало по сравнению с э. д.с, то между абсо­лютными значениями приложенного напряжения и э. д. с. обмотки статора можно допустить приближенное равенство, т. е.

Таким образом, при неизменном напряжении сети будет неиз­менна и э. д.с. обмотки статора. Следовательно, магнитный поток в воздушном зазоре машины, так же как в трансформаторе, при любом изменении нагрузки остается постоянным.

Ток обмотки ротора создает свое магнитное поле, которое направлено навстречу магнитному полю, образуемому током обмот­ки статора. Чтобы результирующий магнитный поток в машине оставался неизмененным при любом изменении нагрузки двига­теля, размагничивающее магнитное поле обмотки ротора должно быть уравновешено магнитным полем обмотки статора. Поэтому при увеличении силы тока в обмотке ротора увеличивается и сила тока в обмотке статора.

Таким образом, работа асинхронного двигателя принципиально подобна работе трансформатора, у которого при увеличении тока во вторичной обмотке увеличивается ток в первичной обмотке.

fiziku5.ru

Замена - асинхронный двигатель - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Замена - асинхронный двигатель

Cтраница 1

Замена асинхронных двигателей синхронными той же мощности для работы с опережающим коэффициентом мощности считается целесообразной во всех случаях, где это позволяет технологический процесс.  [1]

Замена асинхронных двигателей синхронными, ртутных выпрямителей полупроводниковыми, имеющими более высокий КПД.  [2]

В результате замены асинхронных двигателей на синхронные коэффициент мощности в целом повысится до определенных пределов.  [3]

Практически имеет смысл замена незагруженных асинхронных двигателей только общего применения.  [4]

Как показывают расчеты, при замене асинхронных двигателей синхронными в электросетях нефтепромысловых глубиннонасос-ных установок может быть достигнуто сокращение потерь энергии в размере порядка 150 - 200 кет-ч в год на каждый киловатт установленной мощности заменяемого двигателя, а также повышение устойчивости узлов электрических нагрузок низкого напряжения, что в свою очередь повысит надежность работы установок.  [5]

За последние годы большое внимание уделяется замене действующих асинхронных двигателей синхронными там, где это возможно по техническим условиям, если заменяемые асинхронные двигатели подлежат демонтажу вследствие износа или могут быть использованы в других установках, не нуждающихся в компенсации реактивных нагрузок.  [6]

На современных нефтеперерабатывающих заводах, где имеется широкая возможность замены асинхронных двигателей синхронными, наилучшим видом компенсирующего устройства как по первоначальным затратам и себестоимости, так и по условиям эксплуатации являются синхронные электродвигатели.  [7]

В связи с этим была издана специальная инструкция по замене недогруженных асинхронных двигателей. Если средняя нагрузка составляет 70 % и выше, то замену на двигатели меньшей мощности производить не следует. Если средняя нагрузка составляет 45 - 70 %; номинальной мощности, то должна быть произведена технико-экономическая проверка целесообразности замены на двигатель меньшей мощности.  [8]

Наряду с установкой СК и БК для целей компенсации реактивной мощности широко применяется замена асинхронных двигателей синхронными.  [9]

Для повышения коэффициента мощности нефтепромысловых предприятий на существующих KHG в настоящее время производится замена асинхронных двигателей синхронными, новые же насосные агрегаты снабжаются синхронными двигателями. Промышленностью начат выпуск новой серии синхронных двигателей СТД, характеризуемых меньшими весом, габаритами и стоимостью, чем двигатели СДБ.  [11]

Нужно иметь в виду, что при заказе двухмашинных преобразователей может быть оговорена замена асинхронных двигателей синхронными, если это окажется целесообразным в конкретных условиях установки.  [12]

Улучшение использования электрооборудования заключается в основном в увеличении загрузки асинхронных двигателей и трансформаторов, в замене малозагруженных асинхронных двигателей и трансформаторов двигателями и трансформаторами меньшей мощности. Это мероприятие в некоторых случаях может дать весьма ощутимый эффект.  [13]

Одним из резервов улучшения коэффициента мощности и уменьшения в связи с этим потерь энергии в электрических сетях является замена мало загруженных асинхронных двигателей двигателями меньшей мощности.  [14]

В графе 10 указывается планируемое снижение потребления реактивной мощности за счет увеличения использования компенсирующих способностей синхронных двигателей ( в том числе и за счет замены асинхронных двигателей на синхронные), а также за счет регулирования режимов ее потребления путем отключения ряда приемников в часы больших нагрузок энергосистемы. При этом указываться должны значения, которых можно достичь сверх уровня, достигнутого в отчетном году.  [15]

Страницы:      1    2

www.ngpedia.ru