Lektsia_15 (Лекции Васюкова), страница 5

Вследствие этого ток фазы уменьшится в той же степени, а посколь-ку линейный ток больше фазного в3 раз, пусковой линейный ток при такомспособе пуска будет меньше по сравнению с прямым пуском в 3 раза. Одновременно в 3 раза уменьшатся пусковой и максимальный моменты, так какони пропорциональны квадрату фазного напряжения.Значение критического скольжения не изменится, так как оно не зависитот напряжения.Ввиду значительного снижения пускового момента указанный способпуска возможен только при малых моментах сил сопротивления на валу двигателя.Пуск двигателя с фазным ротором (контактными кольцами) (рис.

15.14)осуществляется подключением обмотки статора к сети с предварительно введенными в цепь ротора добавочными резисторами.Перед пуском двигателя (рис. 15.14 а) контакты контакторов K1 иK 2 разомкнуты и в цепь ротора включено пусковое сопротивление, равноесумме rД1  rД2 , которому соответствует реостатная характеристика 1 (рис.15.14 б).После включении обмотки статора в сеть контактами контактора Кротор двигателя начинает разгоняться. Двигатель работает на характеристике 1.

После достижения частоты вращения, соответствующей точке а,где двигатель развивает момент M 1 , контакты контактора K1 автоматически замыкаются и выключают сопротивление rД1 . Вследствие этого двигатель начинает работать на механической характеристике 2, соответствующей сопротивлению rД2 . Двигатель разгоняется от частоты вращения,соответствующей точке б до частоты вращения, соответствующей точке в.При достижений укачанной частоты вращения автоматически замыкаютсяконтакты контактора K 2 и двигатель начинает работать на естественной характеристике 3 в точке г и разгоняется до установившейся частотывращения nуст , соответствующей моменту сил сопротивления M c на еговалу.Введение добавочного сопротивления в цепь ротора при пуске асин-хронного двигателя с контактными кольцами позволяет увеличить пусковоймомент вплоть до максимального значения и одновременно значительно снизить пусковой ток.

Это является одной из главных причин, почему вместоасинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором применяются двигатели с фазным ротором.Рис. 15.14. Схема включения асинхронного двигателя с фазнымротором (а) и механические характеристики при пуске (б).Значение пускового тока можно найти из выраженияI 2 E2нr22 xр2s2, 2в которое следует подставить rД и s  1 :I 2п E2нr2  rД   xр2 22.(15.12)Соответствующим подбором значения rД , можно получить любое требуемое значение пускового тока ротора и, следовательно, пускового тока статора.Влияние сопротивления rД на значение пускового момента можно выяс-нить с помощью выражения (15.7), в которое необходимо подставить rД иs  1:Mп 3U 12 (r2  rД ) 0 r2  rД 2  xк2.(15.13)Из выражения (15.13) вытекает, что введение добавочного сопротивления rД до определенных его значений вызывает увеличение пускового момента.

Наибольшее значение M п , равное M кр будет, когда r2  r   xк :M п  M кр3U 12.20 xкДальнейшее увеличение сопротивления rД вызывает уменьшение пускового момента.Определение rД с помощью выражений (15.12) и (15.13) невозможно,так как в каталогах не даются значения xр1 и xр2 . Расчет пускового сопротивления rД при заданном значении производят с использованием искусственноймеханической характеристики.Приведем без вывода соотношение, справедливое для любой пары точек, взятых на устойчивой части естественной и искусственной механическиххарактеристик при одном и том же моменте:srД  r2  и  1, sегде sи (15.14)n0  nиn  nеи sе  0- скольжения, вычисленные по искусственной иn0n0естественной характеристике соответственно (рис. 15.14 б).15.13.

Двигатели с улучшенными пусковыми свойствамиДля механизмов, имеющих тяжелые условия пуска, где по ряду причинжелательно использовать асинхронный двигатель с короткозамкпутым ротором, применяются двигатели с улучшенными пусковыми свойствами; боль-шим пусковым моментом и меньшим пусковым током, чем у двигателей общего назначения. Эти двигатели отличаются от двигателей нормального исполнения только устройством короткозамкнутой обмотки ротора.

Одни из нихснабжены двумя самостоятельными обмотками типа «беличьей клетки» (рис.15.15 а), другие имеют более глубокие пазы ротора (рис. 15.15 б), в которыеукладывается короткозамкнутая обмотка, имеющая в отличие от обычнойстержни с большим отношением высоты к ширине.Рис. 15.15. Двигатель с улучшенными пусковыми свойствами: с двойной«беличьей клеткой» (а), с глубоким пазом (б).Первые называются двигателями с двойной «беличьей клеткой», вторые– с глубоким пазом. Рассмотрим процессы, происходящие при пуске двигателяс двойной «беличьей клеткой».Обмотка 1 (рис.

15.15. а) имеет меньшее активное сопротивление посравнению с обмоткой 2, так как она большего диаметра и выполнена из материала с меньшим удельным сопротивлением (медь), чем вторая (латунь).Стержни обмотки 1 расположены в толще ферромагнитного сердечника ротора, стержни обмотки 2 – ближе к воздушному зазору, В результате этого припуске магнитное поле, образованное токами обмоток, располагается примернотак, как показано на рис. 15.15 а.Из рисунка следует, что магнитный поток, сцепленный с обмоткой 1больше, чем магнитный поток, сцепленный с обмоткой 2, следовательно, ин-дуктивность первой обмотки будет также больше.В первый момент пуска ( s  1) индуктивное сопротивление обмоток будет иметь наибольшее значение, так какxр2  2f 2 Lр 2  2fsLр 2  2fLр 2 ,и токораспределение между обмотками будет определяться главным образомих индуктивными сопротивлениями. Поскольку индуктивное сопротивлениепервой обмотки значительно больше, чем второй, ток в ней, как следует из закона Ома, будет значительно меньше по сравнению с током второй обмотки.Таким образом, основной момент будет возникать в результате действия токавторой обмотки, имеющей значительное активное сопротивление.

По мереразгона двигателя уменьшаются частота тока ротора и индуктивные сопротивления обеих обмоток, что вызывает перераспределение тока в обмотках: впервой обмотке ток увеличивается, во второй уменьшается. После окончанияразгона частота тока ротора становится настолько малой (0,5 – 5 Гц), что индуктивное сопротивление обмоток оказывается намного меньше их активногосопротивления, вследствие чего весь ток ротора практически будет располагаться в первой обмотке, активное сопротивление которой значительно меньше, чем второй. Таким образом, роль рабочей выполняет первая обмотка, рольпусковой – вторая. Получается картина, подобная пуску двигателя с контактными кольцами и введенным в цепь ротора добавочным сопротивлением.Аналогичная картина возникает и в обмотке ротора двигателя с глубоким пазом (рис.

15.15 б). Стержни обмотки ротора можно представить состоящими из ряда расположенных по высоте паза проводников. Проводники,лежащие в нижних слоях паза, охватываются большим магнитным потоком,чем проводники в верхних слоях. В результате индуктивность и индуктивноесопротивление нижних слоев оказывается больше, тем верхних. В первый момент пуска ( s  1) индуктивное сопротивление нижних слоев значительнобольше сопротивления верхних и ток вытесняется в верхние слои стержня, чторавносильно увеличению активного сопротивления обмотки ротора. По мереразгона двигателя уменьшается индуктивное сопротивление и происходит пе-рераспределение тока по высоте стержня обмотки. После окончания пуска индуктивное сопротивление становится незначительным и ток равномерно распределяется по всему стержню, что равносильно уменьшению активного сопротивления обмотки ротора. Таким образом, при пуске двигателя автоматически изменяется активное сопротивление обмотки ротора; в начале пуска сопротивление значительно больше, чем после окончания пуска.15.14.

Регулирование частоты вращения асинхронных двигателейПри работе многих механизмов, приводящихся во вращение асинхронными двигателями, в соответствии с технологическими требованиями возникает необходимость регулировать скорость вращения этих механизмов. Способы регулирования частоты (скорости) вращения асинхронных двигателейраскрывает соотношение:n  n0  1  s   n0 60 f1.pОтсюда следует, что при заданной нагрузке на валу частоту вращенияротора можно регулировать:1. Изменением скольжения s (только для двигателей с фазным ротором);2. Изменением числа пар полюсов p (в настоящее время применяетсяредко, так как связан со значительным увеличением габаритов и стоимостиэлектрической машины);3.

Изменением частоты f1 источника питания.В качестве таких источников питания в настоящее время начали находить применение преобразователи частоты (ПЧ), выполняемые на мощныхполупроводниковых приборах – тиристорах или транзисторах. При регулировании частоты стремятся поддерживать неизменным значение магнитного потока Ф . Эта мера, как это следует из выраженияM  const  Ф  I 2  cos 2 ,позволяет сохранить перегрузочную способность двигателя.Рассмотрим уравнение трансформаторной ЭДСU1  E1  4,44  w1  k1  f1  Ф,где U1 и E1 – напряжение и ЭДС фазы обмотки статора, w1 и k1 – число виткови обмоточный коэффициент фазы обмотки статора.Из него следует, что для сохранения неизменным магнитного потока Ф , необходимо вместе с частотой изменять и действующее значение подведенногонапряжения. При выполнении соотношения U/f  const , критический моментне изменяется и получается семейство механически характеристик, представленное на рис.

15.16.Достоинства этого способа: плавное регулирование, возможность повышать и понижать частоту вращения, сохранение жесткости механических характеристик, экономичность. Основной недостаток – требуется преобразователь частоты, т.е. дополнительные капитальные вложения.Рис. 15.16. Механические характеристики при частотном регулированииРегулирование частоты вращения ротора асинхронного двигателя с фазным ротором в большинстве случаев осуществляется путем введения в цепьобмотки ротора дополнительного сопротивления.Добавочное сопротивление в цепи обмотки ротора увеличивает критическое скольжение sкр и не влияет на значение максимального момента M кр .На рис. 15.14 б сплошными линиями изображены естественные и искус-ственные механические характеристики асинхронного двигателя для различных значений добавочных сопротивлений в цепи обмотки ротора. Из кривыхследует, что при заданном моменте на валу M c частота вращения ротора накаждой механической характеристике будет разной.Для выбора регулировочного реостата используют ранее полученное соотношениеsrД  r2  и  1. sеК недостаткам реостатного способа регулирования частоты вращенияотносятся значительные потери энергии в регулировочном реостате, малаяжесткость механических характеристик; небольшое изменение момента на валу вызывает значительное изменение частоты вращения, а также невозможность получения плавного регулирования.

Рассмотренный способ используется в системах, где работа на реостатных характеристиках непродолжительна.15.15. Тормозные режимы работы двигателейРабота многих производственных механизмов состоит из трех этапов;пуска в ход, технологической операции и останова.В настоящее время широко используются тормозные свойства двигателя, что во многих случаях позволило отказаться от механических тормозов.Механические тормоза необходимы как запасные или аварийные, если откажет электрическое торможение, а также для удержания механизма в неподвижном состоянии.Асинхронный двигатель может работать в следующих тормозных режимах:1) генераторном с отдачей энергии в есть:2) противовключения;3) динамического торможения.Во всех тормозных режимах двигатель развивает момент, действующийв сторону, противоположную направлению вращения ротора, поэтому онназывается тормозным моментом.