Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

где Р_а = М₀+3I₁²R₁+ΔPст – активная мощность; Р_р=3Iμ²R₁+3I₁²x₁+3I’₂²x'₂ – реактивная мощность.

Выражение для реактивной мощности можно записать в виде:

Например, АД на 1 кВт активной мощности потребляет из сети 0,5-0,75 кВА реактивной мощности. Чем ниже cosφ _ном тем больше загружаются питающие сети реактивной мощностью, обуславливающей в них дополнительные потери. Номинальный коэффициент мощности зависит от мощности двигателей и их номинальной угловой скорости. С ростом номинальных значений мощности и скорости уменьшается отношение объема машины к выходной мощности. Следовательно, относительно уменьшается реактивная мощность главного поля и полей рассеяния, т.е. повышается номинальный коэффициент мощности [7].

Коэффициент мощности существенно зависит от нагрузки на валу двигателя (рис. 5).

Если нагрузка отсутствует (Рв=0), то двигатель потребляет незначительную активную мощность, расходуемую на потери в стали, механические и аэродинамические потери и значительную реактивную мощность, расходуемую в основном на создание главного поля машины. Отметим, что в АД в режиме холостого хода при номинальном напряжении возбуждается вращающееся поле с максимальной величиной потока полюса [19]. Коэффициент мощности мал (0,09 0,18 [32]; 0,08-0,15 [19], не превышает 0,2 [27,28]).

С ростом нагрузки активная мощность АД увеличивается, а потребление реактивной мощности изменяется незначительно, так как мощность главного поля несколько снижается из-за уменьшения намагничивающего тока, а мощность потока рассеяния незначительно увеличивается. Коэффициент мощности растет.

Номинальное значение коэффициента мощности для двигателей малой мощности составляет 0,6 0,85, а для двигателей средней и большой мощности 0,850,92 [32], 0,85-0,9 [28]. В АД малой мощности 0,3-0,7; в двигателях мощностью более 1 кВт 0,7-0,9 [13]. В [19] общий показатель – 0,750,95. В [24] 0,8-0,9. С увеличением числа пар полюсов коэффициент мощности уменьшается [18]. Для большинства асинхронных двигателей cosφ _ном составляет от 0,8 до 0,9 [7].

При дальнейшем увеличении нагрузки реактивная мощность за счет потоков рассеяния (увеличение x₂’) увеличивается в большей степени, чем активная мощность, и коэффициент мощности уменьшается [7].

Рациональная эксплуатация АД подразумевает их работу при высоких коэффициентах мощности. В частности, избегают длительного вращения роторов АД без нагрузки, следят за тем, чтобы мощность нагрузки, приводимого в действие АД, незначительно отличалась от номинальной мощности двигателя. Если при длительной работе АД его средняя полезная мощность не превышает 45% от номинальной, то такой электродвигатель заменяют соответствующим двигателем меньшей мощности [19].

В тех случаях, когда работа АД при полной нагрузке сочетается с его работой со значительной недогрузкой, при которой коэффициент мощности становится недопустимо низким, применяют специальные меры. Например, в режиме, когда Р_в<0.5*Р_вном, снижают фазные напряжения на статорной обмотке АД. Тем самым поток полюса вращающегося поля, а следовательно и реактивная мощность машины будут уменьшены, а коэффициент мощности возрастет [19].

Улучшение cos φ двигателя может быть достигнуто при уменьшении воздушного зазора δ между статором и ротором. При этом снижается магнитное сопротивление для главного потока Ф, и, следовательно, для его создания требуется меньший реактивный (намагничивающий) ток. Однако при выборе δ приходится считаться с необходимостью получить механически надежную машину, изготовление и установка которой не вызывают больших затруднений. Вследствие этого для δ существует некоторое минимальное значение, ниже которого не следует спускаться. Для машин различной мощности δ = 0,2...1,5 мм [18].

3.10. Масса и номинальная скорость вращения

Удельный вес электродвигателя для двигателей авиационного назначения имеет большое значение. Как было отмечено ранее, снижение веса двигателя достигается увеличением номинальной скорости вращения двигателя. Для двигателей переменного тока это обеспечивается повышенным уровнем частоты питающего напряжения. Стандартный уровень частоты напряжения на самолетах – 400 Гц. Максимальная синхронная скорость, достигаемая при этой частоте напряжения статорных обмоток у двухполюсных АД, составляет 24 000 об/мин. Такие быстроходные электродвигатели целесообразно применять в составе привода ротора гироскопа.

При частоте напряжения 400 Гц и стандартном уровне напряжения трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, благодаря отсутствию коллектора и щеток, а также изоляции обмотки ротора, весят, примерно, на 30% меньше, чем двигатели постоянного тока при той же номинальной мощности и скорости вращения.

По другим источникам масса АД на единицу мощности в 1,5-2,0 раза ниже, чем у машин постоянного тока [17, 21], момент инерции ротора у АД меньше в 2 раза, а стоимость в 3 раза меньше [21].

В ряде случаев, например, в случае привода центробежных вентиляторов и бензопомп, возникают затруднения, связанные с устранением шумов редукторов и обеспечением надежной смазки. В этих случаях находят применение тихоходные двигатели без редукторов, имеющие 6, 8 и более полюсов.

Управление АД

Выделим три операции управления АД:

- пуск АД;

- реверсирование АД;

- регулирование угловой скорости АД.

- торможение АД

3.11. Пуск АД

3.11.1. Проблемы пуска АД

При включении асинхронного двигателя в сеть переменного тока по обмоткам его статора и ротора будут проходить токи, в несколько раз больше номинальных. Это объясняется тем, что при неподвижном роторе вращающееся магнитное поле пересекает его обмотку с большой частотой, равной частоте вращения магнитного поля в пространстве, и индуцирует в этой обмотке большую ЭДС. Эта ЭДС создает большой ток в цепи ротора, что вызывает возникновение соответствующего тока и в обмотке статора. При увеличении частоты вращения ротора скольжение уменьшается, что приводит к уменьшению ЭДС и тока в обмотке статора [34].

Большой пусковой ток нежелателен как для двигателя, так и для источника, от которого источник получает энергию. При частых пусках большой пусковой ток приводит к резкому повышению температуры обмоток двигателя, что может вызвать преждевременное старение его изоляции. В сети при больших токах понижается напряжение, что оказывает влияние на работу других приемников энергии, включенных в эту же сеть. Поэтому прямой пуск двигателя непосредственным включением его в сеть допускается только в том случае, когда мощность двигателя намного меньше мощности источника энергии, питающего сеть. Если мощность двигателя соизмерима с мощностью источника энергии, необходимо уменьшить ток, потребляемый этим двигателем при пуске в ход [34].

3.11.2. Требования к пусковым свойствам АД

1) АД должен развивать пусковой момент, который должен быть больше статического момента сопротивления на валу, чтобы ротор двигателя мог прийти во вращение и достичь номинальной скорости вращения [14].

2) При прочих равных условиях превышение пускового момента над статическим моментом нагрузки должно быть тем большим, чем за меньшее время необходимо достичь номинальной скорости вращения.

3) Чем больше момент инерции системы механизмов, вращающихся вместе с ротором двигателя, тем больше должен быть вращающий момент, чтобы обеспечить пуск двигателя в течение заданного времени.

4) В ряде случаев необходимо ограничивать пусковой момент, так как некоторые самолетные исполнительные механизмы требуют плавности пуска. Это относится в первую очередь к сложным передаточным системам механизмов, состоящим из большого числа шестерен. Из-за наличия «люфтов» между передачами при нормальном пусковом моменте неизбежны большие толчки, которые могут привести к поломке отдельных частей механизма.

5) Величина пускового тока должна быть ограничена такой величиной, чтобы не происходило повреждения двигателя и нарушения нормальной работы сети [14].

В частности, при пуске АД, соизмеримого по мощности с питающим синхронным генератором, большой пусковой ток вызывает значительное снижение напряжения сети и ухудшение работы других потребителей [27].

Таким образом, пуск АД должен быть простым, без сложных пусковых устройств, с достаточным значением пускового момента (как правило, требуется его повышение) и приемлемым пусковым током (как правило, требуется его понижение) [27].

Условия пуска

Под тяжелыми условиями пуска понимается приведение во вращение механизмов с большими моментами инерции [14].

3.11.3. Частота пусков АД.

При пуске АД на холостом ходу в активном сопротивлении ротора выделяется тепловая энергия, равная кинетической энергии приводимых во вращение элементов двигателя. При пуске под нагрузкой количество выделяемой энергии увеличивается. Выделение энергии в обмотке статора несколько больше, чем в обмотке ротора. При частых пусках, а также при тяжелых условиях пуска, возникает опасность перегрева обмоток двигателя. Число пусков АД в час, допустимое по условиям его нагрева, тем больше, чем меньше номинальная мощность двигателя и чем меньше момент инерции нагрузки. АД мощностью 3-10 кВт в обычных условиях допускают до 5-10 включений в час [14].

3.11.4. Пуск АД с фазным ротором

Использование добавочных резисторов R_доб в цепи ротора позволяет обеспечить плавный пуск АД с фазным ротором.

Подключение дополнительного сопротивления к обмотке ротора при пуске позволяет получить большой пусковой момент и ограничить пусковой ток.

Это объясняется тем, что хотя при увеличении сопротивления роторной цепи R_рц ток ротора уменьшается, его активная составляющая I_акт2= I₂’cos₂ увеличивается за счет увеличения cos₂, поэтому, согласно формуле М=с_мI₂’Фcos₂, увеличивается и момент [25].

Пусковой момент может быть равен даже максимальному, если общее сопротивление цепи ротора будет таким, при котором критическое скольжение равно единице:

s = (R₂’+R_пуск’)/x_k=1 или R₂’+R_пуск’ = x_k

Таким образом, АД развивает наибольший пусковой момент, когда приведенное активное сопротивление фазы обмотки ротора равно сумме индуктивных сопротивлений рассеяния обмоток статора и ротора.

Возможность увеличения пускового момента АД с фазным ротором делает реализуемым пуск с моментом нагрузки, превышающим пусковой момент АД Мп на естественной характеристике (при R_доб=0).

Если по мере разгона поочередно отключать группы резисторов, то момент и ток будут изменяться в определенных пределах. Введение добавочных резисторов позволяет реализовать плавный, без больших ускорений пуск двигателя.

По условиям нагрева пусковые реостаты рассчитываются на кратковременную работу [14].

3.11.5. Пуск АД с короткозамкнутым ротором

Как отмечалось выше, неблагоприятные пусковые условия короткозамкнутых АД по сравнению с АД с фазным ротором являются их недостатком.

Понижение пускового тока может быть достигнуто снижением напряжения или повышением сопротивления обмотки ротора [27].

Повышение пускового момента может быть обеспечено за счет повышения напряжения или снижения индуктивного сопротивления статора или ротора, а также повышения сопротивления ротора [27]

3.11.5.1. Прямой пуск

Характеристики

Список файлов лекций