Брандина Электрические машины, страница 4

.(2.27)2627Следует обратить внимание, что максимальный момент (2.25) независит от активного сопротивления r2′ роторной цепи. Однакокритическое скольжение sm прямо пропорционально r2′ , поэтому приувеличении r2′ место расположения максимума момента намеханической характеристике М = f(s) сдвигается вправо, а пусковоймомент увеличивается (рис.2.8).Рис.2.8. Механические характеристики АД при различных добавочныхсопротивлениях rд в цепи ротораЭто свойство широко используется на практике для АД с фазнымротором, где есть возможность ввода дополнительного сопротивления(пускового реостата) в цепь ротора.

Величину пускового реостатарассчитывают так, чтобы получить при пуске максимально возможныймомент Мп = Мm. При этом sm =1 и согласно (2.24) сопротивлениепускового реостата(2.28)rД′ = x k − r2′ .2.7. Пуск асинхронных двигателейПрактическое применение находят следующие способы пуска при :- непосредственном подключении к сети (прямой пуск);- пониженном напряжении, подаваемом на обмотку статора;- использовании особой конфигурации стержней ротора;- подключением к обмотке ротора пускового реостата.Прямой пуск путем непосредственного подключения обмотки статорак сети - самый распространенный способ пуска АД с короткозамкнутымротором. Он отличается простотой, не требует примененияспециальных пусковых устройств. Однако двигатель при этом развиваетотносительно небольшой пусковой момент, что может иметьнегативные последствия при наличии большого момента сопротивленияна валу.

Кроме того недостатком данного способа пуска являетсязначительный бросок пускового тока IП = 5...7,5 I1Н. Последнееобстоятельство часто ограничивает применение прямого пуска АД2728большой мощности, особенно при недостаточно мощной электросети,когда пусковой ток АД может вызвать значительное уменьшениенапряжение сети и автоматическое отключе- ние потребителей.Для уменьшения пускового тока АД с короткозамкнутым роторомпускают при пониженном напряжении. В соответствии с этим способомприменяют [1] :- реакторный пуск (рис.2.9,а);- автотрансформаторный пуск (рис.2.9,б);- пуск с изменением схемы соединения обмотки статора (рис.2.9,в).Реакторный пуск предусматривает включение в цепь обмотки статорана период пуска добавочных реактивных (реакторов L) сопротивлений.Вместо реакторов могут использоваться активные сопротивления.Рис.

2.9. Схема включения АД при пуске: реакторном (а),автотрансформаторном (б), переключением с Y на ∆ (в)При замыкании выключателя В1 пусковой токIП =U 1Нr2′ + ( xk + x L ) 22,благодаря индуктивному сопротивлению реактора xL, уменьшается доIП = 3...4 I1Н. После достижения установившейся частоты вращениязамыкают В2.При автотрансформаторном пуске АД подключается к сети черезпонижающий автотрансформатор АТР. Последний может иметьнесколько ступеней, которые в процессе пуска переключаются соответствующей аппаратурой.Если рабочей схемой АД является ∆, то на период пуска его фазныеобмотки собирают по схеме Y .

При этом напряжение, подаваемое нафазные обмотки уменьшается в 3 раз, что обусловливает уменьшениефазных токов в 3 раз, а линейных - в 3 раза. По окончании процессапуска переключатель переводят в левое положение, переходя на2829рабочее соединение обмоток в ∆.Общим недостатком способов пуска с понижением напряженияявляется значительное уменьшение пускового и максимальногомоментов АД, которые пропорциональны квадрату приложенного кобмотке статора напряжения.

Поэтому их используют только при пуске смалой нагрузкой на валу.Для повышения пускового момента АД применяют особую конфигурацию стержней короткозамкнутого ротора. Различают двухклеточные(рис.2.10)и глубокопазные двигатели. У первых ротор имеет двекороткозамкнутые обмотки : пусковую и рабочую.Рис. 2.10Принцип действия такого двигателя основан наиспользовании эффекта вытеснения тока.Индуктивные сопротивления рассеяния обеихобмоток определяются величиной потоковрассеяния, сцепленных с их стержнями. Так какпусковая обмотка расположена близко квоздушному зазору, то она обладает меньшиминдуктивным сопротивлением рассеяния x2П,чем рабочая (x2P).В начальный момент пуска (s = 1) частота тока в роторе f2максимальна и индуктивные сопротивления рассеяния обмоток во многораз превосходят их активные сопротивления.

Поэтому можно записатьприближенное соотношениеI 2Пx≈ 2P ,I 2 P x2 Пт.е. ток ротора проходит восновном через пусковую обмотку, у которой х2П < х2Р. Но так как этаобмотка обладает сравнительно большим активным сопротивлением(из-за меньшего сечения проводников), то она создает повышенныйпусковой момент.Активное сопротивление пусковой обмоткивыбирается из соотношения r2П ≈ xK .По мере нарастания n частота f2 снижается и ток постепеннопроникает в рабочую обмотку.

По окончании процесса разгона токпроходит в основном по рабочей обмотке, активное сопротивлениекоторой r2P < r2П.Недостатком двухклеточных двигателей является сложность ихизготовления. Более технологичные - глубокопазные АД. Принцип ихработы состоит в вытеснении тока при пуске в верхнюю часть паза. Приэтом рабочее сечение проводника уменьшается, а следовательно,увеличиваются r2 и соответственно МП.Пуск при включении в обмотку ротора пускового реостата возможентолько в АД с фазным ротором. На период пуска вводится такоесопротивление реостата, чтобы обеспечивалось условие rД′ + r2′ = x k(2.28).

При этом двигатель будет развивать максимальный пусковоймомент2930МП = Мm (рис.2.8). Одновременно значительно уменьшается пусковойтокI 1П =U 1H( rД′ + r2′ ) 2 + x 2 K.По мере нарастания частоты вращения n реостат постепенновыводят. По окончании пуска обмотка ротора замыкается накоротко идвигатель переходит на работу по естественной механическойхарактеристике.Недостатком данного способа пуска АД является его относительнаясложность и необходимость применения более дорогих и требующихособого технического обслуживания двигателей с фазным ротором.Кроме того, эти АД имеют несколько худшие энергетические показатели(КПД и cosϕ). Поэтому их применяют только при тяжелых условияхпуска, при маломощной электрической сети или невозможностиплавного регулирования частоты вращения.2.8.

Регулирование частоты вращенияЧастота вращения АД в соответствии с формулой n1 (2.1) имеет видn = n1 (1 − s ) =60 f1(1 − s ).pОтсюда следует три основных способа регулирования - изменением f1,p, и s.Частотное регулирование возможно только при питании АД ототдельного синхронного генератора с переменной частотой вращениялибо от преобразователя частоты. При этом необходимо соблюдатьзакон регулирования (закон Костенко), который при постоянствемомента сопротивления на валу имеет вид [1]U1= const.f1Несоблюдение этого закона может привести к нежелательнымпоследствиям.

Так, с уменьшением частоты индуктивныесопротивления, пропорциональные f1, уменьшаются, а токи возрастут.В результате этого двигатель перегреется и может сгореть. С другойстороны, если с уменьшением частоты напряжение не понижать, торезультирующий магнитный поток возрастет, так как3031Ф=U1.4,44 ⋅ W1ЭФ ⋅ f 1При этом произойдет сильное насыщение магнитопровода.С увеличением частоты индуктивные сопротивления возрастут, а АДне разовьет требуемую мощность, если U1 оставить неизменным.Частотное регулирование обычно применяют в тех случаях, когдатребуется изменять частоту вращения в широких пределах, например,в тяговом электродвигателе.Регулирование частоты вращения путем изменения числа парполюсов широко применяется в АД с короткозамкнутым ротором [2].Регулирование здесь осуществляется ступенчато.

На рис.2.11 показанапростейшая схема обмотки одной фазы, позволяющая изменять числополюсов в два раза. Таков принцип получения двухскоростного АД.а)б)Рис. 2.11 . Схема переключения обмотки статора для изменениячисла полюсов : а) 2р = 4, б) 2р = 2Если же нужно иметь три или четыре частоты вращения (трех- ичетырехскоростной АД), то на статоре располагают еще одну обмотку,при переключении которой можно получить дополнительно еще дваварианта полюсности двигателя, например, р = 3 и р = 4.Многоскоростные АД имеют большую массу и габариты, аследовательно, и большую стоимость по сравнению с двигателемнормального исполнения. Кроме того, они не обеспечивают плавностирегулирования.Регулированиечастотывращенияизменениемскольженияприменяется как в АД с короткозамкнутым ротором, так и в АД с фазнымротором.В АД с короткозамкнутым ротором этот способ реализуется за счетплавного снижения питающего напряжения.

При этом максимальныймомент Mm ≅ U12 будет понижаться, а скольжение расти (рис.2.12).3132Рис.2.12. Механические характеристики АД при различных напряжениях U1Момент,развиваемыйдвигателем,всегдаравенмоментусопротивления (нагрузки) на его валу М = МС. Поэтому уменьшениенапряжения можно производить до тех пор, пока Mm ≥ MC. Прискольжении s > sm АД теряет устойчивость и опрокидывается.

В соответствии с этим, регулирование возможно в узких пределах sH ≤ s ≤ smРеально для АД средней и большой мощностей, работающих сноминальной нагрузкой, удается снизить частоту вращения n на 3...5%.У малых АД , имеющих относительно большие активные сопротивления,частоту вращения можно уменьшить на 40...50%.Следует иметь ввиду, что увеличить r2 можно и у крупных АД настадии их проектирования и изготовления. При этом механическаяхарактеристика станет мягче и диапазон регулирования расширится.Однако при этом возрастут потери в обмотке ротора и понизится КПД(1% скольжения соответствует примерно 1% КПД). В крупных жеэлектрических машинах, где борются за каждую десятую долю процентаКПД из-за необходимости снижения эксплуатационных расходов, этонедопустимо.В АД с фазным ротором скольжение изменяют посредствомвключения в цепь добавочного активного сопротивления (рис.2.8).При этом скольжение может меняться в широких пределах sH ≤ s ≤ 1, т.е.практически до полной остановки двигателя.

Однако наряду сплавностью и широтой диапазона регулирования имеет место большиепотери энергии в регулировочном реостате , что существенно снижаетэнергетические показатели электропривода.Необходимо отметить, что имеется возможность регулироватьчастоту вращения АД с фазным ротором без потерь энергии в реостате.Для этого электрическую энергию, выделяющуюся в цепи ротора при3233скольжении (энергия скольжения), посредством преобразовательнойустановки передают обратно в питающую сеть переменного тока или квспомогательному двигателю. Последний сообщает дополнительнуюмеханическуюэнергиювалуосновногодвигателя.Такиеэлектромеханические системы называют асинхронными каскадами.Существуют разнообразные каскадные схемы.