WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 7 |

Скорость вращения магнит- ного поля по в пространстве за- висит от частоты тока и числа полюсов. За один период пере- менного тока магнитное поле в пространстве поворачивается на Рис. 2.5. - Возникновение магнитного потока: а направление потока, созда- угол, соответствующий двупо- ваемого статорной обмоткой и индук- люсным делениям 2т, т. е. одной тируемые им ЭДС в обмотке ротора: б - поле, создаваемое токами обмотки ро- паре полюсов. Таким образом, тора; в - деформация поля машины и чем больше пар полю сов направление электромагнитной силы в обмотке статора, тем меньше пространственный угол поворота магнитного поля за один период переменного тока, а, следова- тельно, тем меньше синхронная скорость вращения поля статора (об/мин) 60 f (2.1) n0 = P Скорость вращения ротора n (асинхронная скорость) всегда меньше синхронной скорости, т. е. ротор всегда отстает от поля статора.

Разность между скоростью поля статора и скоростью ротора (n0 – n1) называется скоростью скольжения ns. Эта та скорость, с которой поле пересекает проводники обмотки ротора ns =n0 -nгде n1 - скорость ротора.

Отношение скорости скольжения к скорости поля называется скольжением n0 - n (2.2) S = nЧастота ЭДС. индуцированной во вращающейся обмотке ро- тора (вторичная цепь), пропорциональна ее частоте вращения от- носительно вращающегося поля f2=(n0 -n1 )P = Sn0 P, (2.3) следовательно, f2=Sf1.

Индуцированная ЭДС в обмотке статора (первичная обмотка) выражается Е1=4,44f11kобм1ф, (2.4) где 1 - число витков обмотки статора; kобм1 - обмоточный коэф- фициент обмотки статора.

При неподвижном роторе (f1=f2) ЭДС в его обмотке будет Е2 х=4,44f12kобм2ф, (2.5) в то время как при вращении ротора Е2=4,44Sf12kобм2ф, где f1 - частота сети; 2 - число витков обмотки; Ф - магнитный поток; kобм2 - обмоточный коэффициент обмотки ротора.

Отношение указанных двух выражений показывает, что ЭДС во вращающейся части машины изменяется пропорционально скольжению Е2=SE2x, (2.6) Отношение уравнений (2.4) и (2.5) дает коэффициент транс- формации асинхронной машины:

E2 1 kобм(2.7) k = = mp E2x 21 kобм2.3.3. Схема замещения асинхронной машины.

Приведение параметров и переменных вращающегося ротора В асинхронных машинах связь между первичной и вторичной обмотками магнитная. При расчете режимов работы и характери- стик удобно магнитную связь заменить электрической. Электри- ческая схема, в которой магнитная связь между обмотками транс- форматора заменена электрической, называется схемой замеще- ния.

Наиболее удобной схемой замещения является Г-образная схема замещения [3], в которой намагничивающий контур выне- сен на вывод сети. В этой схеме замещения ток холостого хода не зависит от нагрузки, а сопротивления контуров статора и ротора соединены последовательно, образуя рабочий контур, параллель- но которому подключен намагничивающий контур.

Рис. 2.6. Упрощенная Г-образная схема замещения асинхронной машины На рис. 2.6 Z12 = Zm + Z1 - сопротивление намагничивающей ветви, где Zm = rm + jxm, Z1 = r1 +jx1 - комплексное сопротивление обмотки статора, Z2 = r2' + jX2' - комплексное сопротивление об- мотки ротора.

Потери в сопротивлении r2 1- S эквивалентны механической S мощности на валу машины. Это сопротивление является единст- венным переменным параметром схемы. Величина этого сопро- тивления определяется скольжением, а, следовательно, механиче- ской нагрузкой на валу асинхронного двигателя.

Величина тока в рабочем контуре [5] U(2.8) I2 = r(r1 + )2 + (x1 + x2) S 2.3.4. Потери энергии и КПД асинхронных двигателей Отдавая мощность на валу Р, трехфазные асинхронные двига- тели потребляют из сети мощность PР1 =3U1I1cos1. (2.9) Потери в стали Pст1, возникающие в сердечнике статора, и по- тери в обмотке статора Робм1 превращаются в теплоту.

Потери в первичной обмотке рассчитываются по фазным зна- чениям тока и сопротивления Р1 =3 I12r1, (2.10) где r1 - активное сопротивление фазы статора при 75 °С.

Вычитая потери в статоре из потребляемой мощности, можно получить электромагнитную мощность Рэ, которая путем элек- тромагнитной индукции поступает в ротор Рэ =P1 – (Pcm1 + Pобм1)= P1 – Pпот1. (2.11) Возникающие в роторе потери состоят из потерь в стали Рсm2 и потерь в обмотке ротора PобмРпот2 =Pст2 + Pобм2. (2. 12) При номинальном скольжении потери в стали очень малы и поэтому ими можно пренебречь. Электрические потери в обмотке ротора можно рассчитать по формуле Робм2 =m1(I2)2r2. (2. 13) Полная механическая мощность зависит от электромагнитной мощности и скольжения Pмех =Pэ (1 - S). (2.14) Потери в обмотке ротора пропорциональны скольжению Pоб м 2PэS. (2.15) Полезная механическая мощность асинхронного двигателя P2=P1-P. (2.16) где Р - сумма потерь в асинхронном двигателе.

Коэффициент полезного действия асинхронного двигателя P2 P (2.17) = = 1P1 P 2.3.5. Электромагнитный момент асинхронной машины Электромагнитная мощность связана с моментом асинхронной машины соотношением Р3 =М2 п0. (2.18) Используя выражения (1.17) и (1.13), а также схему замеще- ния, получим приближенное уравнение для момента асинхронной машины (Н-м) r2' mU S (2.19) M = r2 n0[(r1 + ) + ( x1 + x2 )2] S где U1 - напряжение, В; r, х - сопротивления, Ом.

Рис. 2.7. Механическая характеристика асинхронной машины При анализе характеристики следует отметить два значения момента, важных с точки зрения эксплуатации. Это пусковой и максимальный моменты. Пусковой момент приближенно выража- ется (S=1) формулой mU1 r2' (2.20.а) Mn = n0[(r1 + r2 )2 + (x1 + x2)2] Приближенное значение максимального электромагнитного момента в режиме двигателя mU (2.20.б) Mmax = n0[r1 + r12 + (x1 + x2)2 ] Этот момент в режиме двигателя появляется при так называе- мом критическом скольжении ' r (2.21) Sкр = r12 + (x1 + x2)2 ] Если пренебречь сопротивлением r1, то r2' (2.22) Sкр = (x1 + x' ) Для практических построений механической характеристики пользуются формулами Клосса [4], которые позволяют, не имея параметров машины, построить зависимости М= f(S) по каталож- ным данным.

Возьмем отношение (2.19) к (2.20,6) 2 r[r1 + r12 + (x1 + x' ) ] M S (2.23) = Mmax (r1 + r2 ) + (x1 + x' )S Согласно (2.21) ' r (2.24) r12 + (x1 + x' )2 = Sкр Подставив (2.24) в (2.23). получим r2 (1+ Sкр) M r (2.25) = Mmax S Sкр r+ + 2 Sкр Sкр S r2' rПриближенно принимаем r1 r2 и, тогда Sкр r2' 2 (1+ Sкр ) M (2.26) = Mmax S Sкр + + 2 Sкр Sкр S Если в (2.26) пренебречь Sкр в числителе и 2Sкр в знаменателе, то получим упрощенную формулу [9] M (2.27) = Mmax S Sкр + Sкр S Откуда 2 Mmax (2.28) M = Sкр S + Sкр S Далее, задаваясь скольжением S от 0 до 1, по формулам (2.25) или (2.28) строится механическая характеристика двигателя.

Для крупных машин, у которых сопротивлением r1 можно пренебречь, механическую характеристику можно строить по уп- рощенной формуле (2.28).

Максимальное скольжение можно определить:

1) по параметрам машины (2.21);

2) по упрощенному соотношению Skp=5SH, где SH - номиналь- ное скольжение;

3) по приближенной формуле, Sкр = Sн ( + 2 -1) где = Mmax перегрузочная способность двигателя (принимает- Mн ся по паспорту или каталогу).

Момент асинхронного двигателя прямо пропорционален квад- рату напряжения M=U2.

Поэтому для построения механической характеристики при изменении напряжения нужно максимальный Mmax и пусковой Мп моменты изменить пропорционально квадрату изменения подво- димого напряжения.

Механическая характеристика двигателя, построенная по уравнению (2.28), приведена на рис. 2.8.

Рис. 2.8. Механическая характеристика асинхронного двигателя 2.3.6. Пуск асинхронных двигателей А. Двигатели с фазным ротором Пуск в ход электродвигателей с фазным ротором производит- ся с помощью резистора, включенного в цепь ротора (рис. 2.9).

Такое включение уменьшает начальный пусковой ток и позволяет получить пусковой момент, близкий к максимальному моменту двигателя. Ступени пускового резистора могут служить также для регулирования частоты вращения двигателя. В этом случае пуско- регулируемые резисторы должны выдерживать безопасный для них нагрев достаточно длительное время.

Рассчитывают эти резисторы двумя способами: графическим и аналитическим.

Графический метод основан на прямолинейности механиче- ских характеристик в области рабочих скольжений. Вначале стро- ится рабочая часть механической характеристики.

На вертикальной оси в определенном масштабе откладывают значения частоты вращения холостого хода nо, которые можно определить по формуле (2.1) или по паспортным данным.

Из точки, соответствующей номинальному моменту, проводят перпендикуляр Мна, откладывают на нем в масштабе значения частоты вращения ротора n1 и получают точку б (см. рис. 2.9).

Соединяя прямой точку б с точкой идеального холостого хода nо, получают естественную механическую характеристику двига- теля nоб. Далее, задаваясь максимальным M1 и переключающим М2 пусковыми моментами, строим пусковые характеристики дви- гателя (рис. 2.9).

Для асинхр онных электродвигателей обычно принимают М1=(1,8-2,5)Мн; М2=(1,1-1,2)Мн, где номинальный момент дви- гателя Мн в данном случае принимается равным нагрузочному Мс.

т.е. Мн=Мс.

Рис. 2.9. а - схема включения пусковых резисторов в цепь ротора; б - пуско- вые характеристики АД Отрезок аб между горизонтальной прямой n1a и естественной механической характеристикой n1б соответствует внутреннему активному сопротивлению, Ом, обмотки ротора rSн (2.29) r2 = R2.н где Sн - номинальное скольжение электродвигателя. %;

R2.Н - активное сопротивление неподвижного ротора. Ом.

Ep.н.

(2.29) R2.н = 1,73I р.н.

где Iр.н. - номинальный ток ротора. А;

Eр.н. - ЭДС между кольцами неподвижного разомкнутого ротора, В.

Электродвижущую силу между кольцами замеряют с помо- щью вольтметра при заторможенном роторе или принимают по каталогу.

Отрезок дг в масштабе сопротивлений дает величину первой секции пускового резистора. Отрезки дг, гв и т. д. соответствуют сопротивлениям отдельных секций пускового резистора в порядке их замыкания.

Масштаб для сопротивлений, Ом/мм, mс =rр/аб.

При аналитическом расчете необходимо помнить, что для асинхронных двигателей обычно принимают три-пять ступеней ускорения.

Если число ступеней неизвестно, то их можно определить lg Sн M (2.31) m = lg где m - число ступеней резистора;

M1 - максимальный пусковой момент в процентах от номи- нального;

SH - номинальное скольжение, %;

= M1/M2 - отношение максимального пускового момента к переключающему.

Если число ступеней резистора известно, то можно опреде- лить по следующим формулам:

- для нормального режима пуска (задаемся моментом M2), (2.32) = m+Sн Mгде М2 задается в процентах от Мн:

- для форсированного режима пуска (задается моментом M1) (2.33) = m Sн MСопротивление отдельных секций резистора каждой фазы:

r3 = rp ( -1); r2, = r3 ; r1 = r2.

Б. Двигатели с короткозамкнутым ротором Пусковой ток короткозамкнутого электродвигателя достигает 5 - 8-кратной величины номинального тока. При маломощной се- ти толчки тока вызывают значительное падение напряжения и тем самым отрицательно влияют на работу других приемников.

Практически короткозамкнутые двигатели можно пускать в ход следующими способами:

- прямым включением в сеть на полное напряжение;

- переключением при пуске обмотки статора со звезды на тре- угольник;

- введением при пуске в цепь статора активных и реактивных резисторов;

- помощью трансформаторов и автотрансформаторов и т. д.

Прямое включение двигателя на полное напряжение обеспе- чивает максимальный пусковой момент, но связано со значитель- ными пусковыми токами, которые могут вызвать в сетях большие падения напряжения, величина которых зависит от соотношения между мощностями пускаемого в ход двигателя и питающего его трансформатора.

Пуск с помощью активного сопротивления в цепи статора применяют обычно для двигателей до 50 кВт; при большей мощ- ности - с помощью индуктивного сопротивления.

В момент пуска в цепь каждой фазы обмотки статора включа- ются активные или индуктивные резисторы, которые шунтируют- ся по достижении двигателем частоты вращения близкой к номи- нальной.

Резистор, включаемый в статорную обмотку, определяют за- данными условиями снижения тока. Например, если требуется, чтобы ток при пуске с резистором составлял часть а от пускового тока без резистора, то Iп.р. = Iп, где Iп.р. - ток при включенном резисторе; Iп - ток при отсутствии пускового резистора.

Активное или индуктивное сопротивление резистора на фазу:

(для дополнительного активного ре- r = ( zк /)2 - х2 - rk к зистора);

(для дополнитель ного индуктивного x = (zк /) - rк2 - xk резистора), где Zk = UH/(1,73-Iп) - полное сопротивление фазы двигателя при пуске, Ом; Uн - номинальное линейное напряжение двигателя;

rк=zkсоsп - активное сопротивление фазы двигателя при пуске, Ом; xk=zksinп - индуктивное сопротивление фазы двигателя при пуске. Ом;

Mn н - (2-34) cosn = cosн [ + ki (1-н)] Mн (1- Sн) ki - коэффициент мощности двигателя при пуске;

In - кратность пускового тока;

ki = Iн = 1 / 3 - отношение потерь в меди к номинальным потерям.

2.3.7. Торможение асинхронных двигателей Динамическое торможение асинхронных двигателей заключа- ется в том, что статор отключается от сети переменного тока и на время торможения подключается к источнику постоянного тока.

Постоянный ток создает в статоре неподвижное магнитное поле, в котором по инерции будет вращаться замкнутый ротор.

В обмотках ротора при этом индуцируется ЭДС и ток, т. е.

двигатель превращается в синхронный генератор с неподвижными полюсами, который обусловливает значительный тормозной мо- мент, останавливающий двигатель. Тормозной момент зависит от тока статора, а следовательно, от подводимого напряжения посто- янного тока, сопротивлений статорной и роторной цепей, частоты вращения ротора.

Для увеличения тормозного момента в обмотку ротора вводят активное сопротивление или увеличивают значение постоянного тока, протекающего в цепи статора.

У электродвигателей с короткозамкнутым ротором начальные тормозные моменты малы и для их увеличения необходимо пода- вать в статор постоянный ток, равный 4 - 5-кратному значению тока холостого хода. Для электродвигателей с фазным ротором эта величина снижается до (2-3)Ixх. При этом тормозной момент обес- печивается в пределах (1,25-2,2)Мн.

Величину тока холостого хода в процентах о номинального тока можно приближенно определить по табл. 2.4.

Величину добавочного тормозного резистора, введенного в обмотку ротора, можно определить по формуле Eр.н.

(2.35) rд = (0,2 0,4) 1,73I р.н.

Напряжение постоянного тока, подводимое к обмотке статора при различных схемах соединения обмоток (рис.2.10), определит- ся:

для схемы (рис.2.10, a): Uп= Iп2rдля схемы (рис.2.10, б): Uп= Iп3r1, для схемы (рис.2.10, в, г): Uп= Iп2/Зrдля схемы (рис.2.10, д): Uп= Iпl/2r1, где r1 - активное сопротивление фазы статора;

Iп - постоянный ток.

Таблица 2.Синхронная частота вращения, об/мин Мощность эл.

двигателя, N вар. кВт 3000 1500 1000 750 0,1-0,5 75 85 90 - 50 2 0,51-1,0 70 75 1,1-5,3 45 65 70 75 5,1 - 10,4 40 60 65 70 10,1-25,0 55 5 30 60 25,1-50,6 20 50 55 60 7 50,1 - 100,0 - 40 45 40 8 100,0-200,0 - 35 В режиме противовключения двигателем из сети потребляется большое количество энергии и протекает значительный ток. Рези- стор, введенный в цепь ротора, ограничивает якорный ток и опре- деляет тормозной момент двигателя.

Полное активное сопротивление резистора в цепи ротора при торможении противовключением Sн.пр.

(2.36) Rp = rp Sн где Sн.пр - номинальное скольжение при противовключении;

SH - номинальное скольжение.

Рис.2.10. Схемы соединения обмоток статора при питании постоянным током Мн (2.36) Sн.пр = Sпр Мпр где Мпр - момент двигателя при противовключении;

Мпр>1 - скольжение при противовключении ;

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 7 |






















© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.