Кратность пускового тока асинхронного двигателя: Как определить кратность пускового тока асинхронного двигателя

Как определить кратность пускового тока асинхронного двигателя



Расчет пускового тока электродвигателя

Пусковые токи асинхронных электродвигателей

Подписка на рассылку

Ток, который нужен для запуска электродвигателя, называется пусковым. Как правило, пусковые токи электродвигателей в несколько раз большие, чем токи, необходимые для работы в нормально-устойчивом режиме.

Рисунок 1. Асинхронный электродвигатель Большой пусковой ток асинхронного электродвигателя необходим для того, чтобы раскрутить ротор с места, для чего требуется приложить гораздо больше энергии, чем для дальнейшего поддержания постоянного числа его оборотов. Стоит отметить, что, несмотря на совсем другой принцип действия, однофазные двигатели постоянного тока также характеризуются большими значениями пусковых токов.

Высокие пусковые токи электродвигателей — нежелательное явление, поскольку они могут приводить к кратковременной нехватке энергии для другого подключенного к сети оборудования (падению напряжения). Поэтому при подключении и наладке двигателей переменного тока (наиболее распространенных в промышленности) всегда стоит задача минимизировать значения пусковых токов, а также повысить плавность пуска двигателя за счет применения специального дополнительного оборудования. Такие мероприятия также позволяют снизить уровень затрат на пуск электродвигателя (применять провода меньшего сечения, стабилизаторы и дизельные электростанции меньшей мощности, проч.).

Одной из наиболее эффективных категорий устройств, облегчающих тяжелые условия пуска, являются софтстартеры и частотные преобразователи. Особенно ценным считается их свойство поддерживать пусковой ток двигателей переменного тока в течение продолжительного периода — более минуты. Также пусковой ток асинхронного электродвигателя можно уменьшить за счет внедрения внешнего сопротивления в обмотку ротора.

Расчет пускового тока асинхронного электродвигателя

Рисунок 2. Асинхронный электродвигатель с частотным преобразователем Расчет пускового тока электродвигателя может потребоваться для того, чтобы подобрать подходящие автоматические выключатели, способные защитить линию включения данного электродвигателя, а также для того, чтобы подобрать подходящее по параметрам дополнительное оборудование (генераторы, проч.).

Расчет пускового тока электродвигателя осуществляется в несколько этапов:

Определение номинального тока трехфазного электродвигателя переменного тока согласно формуле: Iн=1000Pн/(Uн*cosφ*√ηн). Рн здесь — номинальная мощность двигателя, Uн выступает номинальным напряжением, а ηн — номинальным коэффициентом полезного действия. Cosφ — это номинальный коэффициент мощности электромотора. Все эти данные можно найти в технической документации по двигателю.

Расчет величины пускового тока по формуле Iпуск=Iн*Кпуск. Здесь Iн — номинальная величина тока, а Кпуск выступает кратностью постоянного тока к номинальному значению, которая также должна указываться в технической документации к электродвигателю.

Точно зная пусковые токи электродвигателей, можно правильно подобрать автоматические выключатели, которые будут защищать линию включения.

Пусковой ток.

В паспорте электрического двигателя указывается ток при номинальной нагрузке на валу, он меньше пускового тока. Если отмечено 13,8/8 А, то это значит, что при подсоединении двигателя к сети 220 В и номинальной нагрузке ток двигателя будет равен 13,8 А. При подсоединении к сети 380 В — ток 8 А, таким образом верно равенство мощностей: √3 х 380 х 8 = √3 х 220 х 13,8.

Зная номинальную мощность двигателя определяют его номинальный ток. При включении двигателя в трехфазную распредсеть 380 В номинальный ток рассчитывается следующим образом:

Iн = Pн/(√3Uн х сosφ), кА

где Pн — номинальная мощность двигателя, кВт, Uн — напряжение в сети, кВ (0,38 кВ). Коэффициент мощности (сosφ) — паспортные значения двигателя.

Рис. 1. Паспорт электрического двигателя.

Если не известен коэффициент мощности двигателя, то номинальный его ток с малой погрешностью определяется по отношению «два ампера на киловатт», т.е. если номинальная мощность двигателя 10 кВт, то потребляемый им из сети ток будет приблизительно равен 20 А.

Для упомянутого на рисунке двигателя это отношение также выполняется (3,4 А ≈ 2 х 1,5). Более верные величины тока при применении данного отношения получаются при мощностях электродвигателей от 3 кВт.

При холостом ходе электродвигателя из сети потребляется маленький ток (ток холостого хода). При увеличении нагрузки увеличивается и ток. С увеличением тока повышается нагрев обмоток. Большая перегрузка приводит к перегреву обмоток двигателя, и возникает опасность выхода из строя электродвигателя.

При пуске из сети электрическим двигателем потребляется пусковой ток Iпуск, который в 3 — 8 раз выше номинального. Характеристика изменения тока представлена на графике (рис. 2, а).

Рис. 2. Характеристика изменения тока, потребляемого электродвигателем из сети (а), и влияние большого тока на колебания напряжения в сети (б)

Подлинную величину пускового тока для электродвигателя определяют зная величину кратности пускового тока — Iпуск/Iном. Кратность пускового тока — техническая характеристика двигателя, ее известна из каталогов. Пусковой ток рассчитывается согласно формуле: I пуск = Iх. х (Iпуск/Iном).

Понимание истинной величины пускового тока необходимо для подбора плавких предохранителей, проверки включения электромагнитных расцепителей во время пуска двигателя, при подборе автоматических выключателей и для высчитывания величины падения напряжения в сети при пуске.

Большой пусковой ток вызывает значительное падение напряжения в сети (рис. 2, б).

Если взять электросопротивление проводов, проложенных от источника до электродвигателя, равным 0,5 Ом, номинальный ток Iн=15 А, а пусковой ток Iп равным пятикратному от номинального, потери напряжения в проводах во время пуска составят 0,5 х 75 + 0,5 х 75 = 75 В.

На клеммах электродвигателя, а также и на клеммах рядом работающих электродвигателей напряжение будет 220 — 75 = 145 В. Это понижение напряжения вызывает торможение работающих электродвигателей, что влечет за собой еще большее повышение тока в сети и выход из строя предохранителей.

В электрических лампах в моменты запуска электродвигателей уменьшается накал (лампы «мигают»). Поэтому при включении электродвигателей стремятся уменьшить пусковые токи .

Для понижения пускового тока используется схема пуска электродвигателя с переключением обмоток статора со звезды на треугольник.

Рис. 3. Схема пуска электрического электродвигателя с переключением обмоток статора со звезды на треугольник.

Имеет принципиальное значение то, что далеко не каждый двигатель возможно включать по этой схеме. Широко распространенные асинхронные двигатели с рабочим напряжением 220/380 В, в том числе и двигатель, показанный на рисунке 1 при включении по этой схеме выйдут из строя.

Для понижения пускового тока электродвигателей энергично употребляют специальные процессорные устройства плавного пуска (софт-стартеры).

Какой ток потребляет двигатель из сети при пуске и работе

В паспорте электрического двигателя указан ток при номинальной нагрузке на валу. Если, например, указано 13,8/8 А, то это означает, что при включении двигателя в сеть 220 В и при номинальной нагрузке ток, потребляемый из сети, будет равен 13,8 А. При включении в сеть 380 В из сети будет потребляться ток 8 А, то есть справедливо равенство мощностей: √ 3 х 380 х 8 = √ 3 х 220 х 13,8.

Зная номинальную мощность двигателя (из паспорта) можно определить его номинальный ток. При включении двигателя в трехфазную сеть 380 В номинальный ток можно посчитать по следующей формуле:

I н = P н/ ( √3 U н х η х с osφ).

где P н — номинальная мощность двигателя в кВт, U н — напряжение в сети, в кВ (0,38 кВ). Коэффициент полезного действия ( η) и коэффициент мощности (с osφ) — паспортные значения двигателя, которые написаны на щитке в виде металлической таблички. См. также — Какие паспортные данные указываются на щитке асинхронного двигателя.

Рис. 1. Паспорт электрического двигателя. Номинальная мощность 1,5 кВ, номинальный ток при напряжении 380 В — 3,4 А.

Если не известны к.п.д. и коэффициент мощности двигателя, например, при отсутствии на двигателе паспорта-таблички, то номинальный его ток с небольшой погрешностью можно определить по соотношению «два ампера на киловатт», т.е. если номинальная мощность двигателя 10 кВт, то потребляемый им ток будет примерно равен 20 А.

Для указанного на рисунке двигателя это соотношение тоже выполняется (3,4 А ≈ 2 х 1,5). Более точные значения токов при использовании данного соотношения получаются при мощностях двигателей от 3 кВт.

При холостом ходе электродвигателя из сети потребляется незначительный ток (ток холостого хода). При увеличении нагрузки увеличивается и потребляемый ток. С увеличением тока повышается нагрев обмоток. Большая перегрузка приводит к тому, что увеличенный ток вызывает перегрей обмоток двигателя, и возникает опасность обугливания изоляции (сгорания электродвигателя).

В момент пуска из сети электрическим двигателем потребляется так называемый пусковой ток. который может быть в 3 — 8 раз больше номинального. Характер изменения тока представлен на графике (рис. 2, а).

Рис. 2. Характер изменения тока, потребляемого двигателем из сети (а), и влияние большого тока на колебания напряжения в сети (б)

Точное значение пускового тока для каждого конкретного двигателя можно определить зная значение кратности пускового тока — I пуск/ I ном. Кратность пускового тока — одна из технических характеристик двигателя, которую можно найти в каталогах. Пусковой ток определяется по следующей формуле: I пуск = I н х ( I пуск/ I ном). Например, при номинальном токе двигателя 20 А и кратности пускового тока — 6, пусковой ток равен 20 х 6 = 120 А.

Знание реальной величины пускового тока нужно для выбора плавких предохранителей, проверке срабатывания электромагнитных расцепителей во время пуска двигателя при выборе автоматических выключателей и для определения величины снижения напряжения в сети при пуске.

Процесс выбора плавких предохранителей подробно рассмотрен в этой статье: Выбор предохранителей для защиты асинхронных электродвигателей

Большой пусковой ток, на который сеть обычно не рассчитана, вызывает значительные снижения напряжения в сети (рис. 2, б).

Если принять сопротивление проводов, идущих от источника до двигателя, равным 0,5 Ом, номинальный ток I н=15 А, а пусковой ток равным пятикратному от номинального, то потери напряжения в проводах в момент пуска составят 0,5 х 75 + 0,5 х 75 = 75 В.

На зажимах двигателя, а также и на зажимах рядом работающих электродвигателей будет 220 — 75 = 145 В. Такое снижение напряжения может вызвать торможение работающих двигателей, что повлечет за собой еще большее увеличение тока в сети и перегорание предохранителей.

В электрических лампах в моменты пуска двигателей уменьшается накал (лампы «мигают»). Поэтому при пуске электродвигателей стремятся уменьшить пусковые токи.

Для уменьшения пускового тока может использоваться схема пуска двигателя с переключением обмоток статора со звезды на треугольник. При этом фазное напряжение уменьшится в √ З раз и соответственно ограничивается пусковой ток. После достижения ротором некоторой скорости обмотки статора переключаются в схему треугольника и напряжение ни них становится равным номинальному. Переключение обычно производится автоматически с использованием реле времени или тока.

Рис. 3. Схема пуска электрического двигателя с переключением обмоток статора со звезды на треугольник

Важно понимать, что не далеко каждый двигатель можно подключать по этой схеме. Наиболее распространенные асинхронные двигатели с рабочим напряжение 380/200 В, в том числе и двигатель, показанный на рисунке 1 при включении по данной схеме выйдут из строя. Подробнее об этом читайте здесь: Выбор схемы соединения фаз электродвигателя

В настоящее время, для уменьшения пускового тока электрических двигателей активно используют специальные микропроцессорные устройства плавного пуска (софт-стартеры). Подробнее о назначении такого типа устройств читайте в статье Для чего нужен плавный пуск асинхронного двигателя.

Источник

Пусковой ток.

В паспорте электрического двигателя указывается ток при номинальной нагрузке на валу, он меньше пускового тока. Если отмечено 13,8/8 А, то это значит, что при подсоединении двигателя к сети 220 В и номинальной нагрузке ток двигателя будет равен 13,8 А. При подсоединении к сети 380 В — ток 8 А, таким образом верно равенство мощностей: √3 х 380 х 8 = √3 х 220 х 13,8.

Зная номинальную мощность двигателя определяют его номинальный ток. При включении двигателя в трехфазную распредсеть 380 В номинальный ток рассчитывается следующим образом:

Iн = Pн/(√3Uн х сosφ), кА

где Pн — номинальная мощность двигателя, кВт, Uн — напряжение в сети, кВ (0,38 кВ). Коэффициент мощности (сosφ) — паспортные значения двигателя.

Рис. 1. Паспорт электрического двигателя.

Если не известен коэффициент мощности двигателя, то номинальный его ток с малой погрешностью определяется по отношению «два ампера на киловатт», т.е. если номинальная мощность двигателя 10 кВт, то потребляемый им из сети ток будет приблизительно равен 20 А.

Для упомянутого на рисунке двигателя это отношение также выполняется (3,4 А ≈ 2 х 1,5). Более верные величины тока при применении данного отношения получаются при мощностях электродвигателей от 3 кВт.

При холостом ходе электродвигателя из сети потребляется маленький ток (ток холостого хода). При увеличении нагрузки увеличивается и ток. С увеличением тока повышается нагрев обмоток. Большая перегрузка приводит к перегреву обмоток двигателя, и возникает опасность выхода из строя электродвигателя.

При пуске из сети электрическим двигателем потребляется пусковой ток Iпуск, который в 3 — 8 раз выше номинального. Характеристика изменения тока представлена на графике (рис. 2, а).

Рис. 2. Характеристика изменения тока, потребляемого электродвигателем из сети (а), и влияние большого тока на колебания напряжения в сети (б)

Подлинную величину пускового тока для электродвигателя определяют зная величину кратности пускового тока — Iпуск/Iном. Кратность пускового тока — техническая характеристика двигателя, ее известна из каталогов. Пусковой ток рассчитывается согласно формуле: I пуск = Iх. х (Iпуск/Iном).

Понимание истинной величины пускового тока необходимо для подбора плавких предохранителей, проверки включения электромагнитных расцепителей во время пуска двигателя, при подборе автоматических выключателей и для высчитывания величины падения напряжения в сети при пуске.

Большой пусковой ток вызывает значительное падение напряжения в сети (рис. 2, б).

Если взять электросопротивление проводов, проложенных от источника до электродвигателя, равным 0,5 Ом, номинальный ток Iн=15 А, а пусковой ток Iп равным пятикратному от номинального, потери напряжения в проводах во время пуска составят 0,5 х 75 + 0,5 х 75 = 75 В.

На клеммах электродвигателя, а также и на клеммах рядом работающих электродвигателей напряжение будет 220 — 75 = 145 В. Это понижение напряжения вызывает торможение работающих электродвигателей, что влечет за собой еще большее повышение тока в сети и выход из строя предохранителей.

В электрических лампах в моменты запуска электродвигателей уменьшается накал (лампы «мигают»). Поэтому при включении электродвигателей стремятся уменьшить пусковые токи.

Для понижения пускового тока используется схема пуска электродвигателя с переключением обмоток статора со звезды на треугольник.

Рис. 3. Схема пуска электрического электродвигателя с переключением обмоток статора со звезды на треугольник.

Имеет принципиальное значение то, что далеко не каждый двигатель возможно включать по этой схеме. Широко распространенные асинхронные двигатели с рабочим напряжением 220/380 В, в том числе и двигатель, показанный на рисунке 1 при включении по этой схеме выйдут из строя.

Для понижения пускового тока электродвигателей энергично употребляют специальные процессорные устройства плавного пуска (софт-стартеры).

Источник

Что такое пусковой ток электродвигателя

На электродвигателях есть табличка, в которой указаны основные технические характеристики агрегата: мощность, частота вращения и т. д. Однако производители не говорят о таком параметре, как пусковой ток. Это важная характеристика, которая оказывает существенное влияние на работу силового агрегата. Хороший электрик должен уметь определять этот показатель, и знать, что делать с полученными значениями.

Определение понятия

Пусковой ток двигателя – электроток, потребляемый силовым агрегатом в момент старта. Его показатель в несколько раз превышает значение номинального тока и при выборе оборудования крайне важно учитывать этот параметр. Здесь уместно сравнение с автомобилем, при разгоне которого тратится значительно больше топлива в сравнении с движением при постоянной скорости. Это явление характерно для различного электрооборудования:

  • Погружные насосы – отличаются самым тяжелым стартом, и их пусковой электроток может превышать номинальный в 9 раз.
  • Холодильники – при запуске сила тока превышает номинальный в 3,33 раза.
  • Микроволновые печи – показатель пускового электротока в 2 раза выше номинального значения.

Это связано с тем, что в момент включения электродвигателя в его обмотке создается сильное магнитное поле, необходимое для раскручивания ротора. Именно поэтому показатель электротока пуска значительно превышает номинальное значение. На его значение оказывают влияние различные факторы:

  • Наличие нагрузки на валу силового агрегата.
  • Скорость вращения.
  • Схема подключения и т. д.

Особенности расчета

Определение значения пускового тока электродвигателя проводится в два этапа. Сначала необходимо рассчитать номинальный электроток, для этого используется следующая формула:

Затем можно переходить к определению показателя тока пуска, используя формулу:

Зная это значение, можно легко подобрать выключатели-автоматы, обеспечивая тем самым надежную защиту линии включения. В паспорте электродвигателей указано значение силы тока при номинальной нагрузке на валу силового агрегата. Например, если на моторе присутствует надпись 13,8/8 А, то при его включении в сеть на 220 В и номинальной нагрузке, сила тока будет составлять13,8 А. Когда он подсоединен к сети 380 В, то ток составит 8 А.

Если известна номинальная мощность силового агрегата, можно легко выяснить и его номинальный ток. Для этого предстоит воспользоваться формулой:

Иногда коэффициент мощности мотора может оказаться неизвестным. В такой ситуации стоит воспользоваться простым соотношением – 2 А/1 кВт.

Например, если показатель номинальной мощности мотора составляет 15 кВт, то он будет потреблять около 30 А. Погрешность при таком расчете минимальна.

Практическое применение

Силовые приводы будут эксплуатироваться правильно только в том случае, если при их выборе были учтены пусковые характеристики.

Высокий стартовый ток представляет серьезную опасность для электрооборудования. Если не принимать мер по его ограничению, возможны серьезные проблемы.

Ток пуска может повредить не только сам мотор, но и другое электрооборудование, установленное с ним на одной линии. Для решения поставленной задачи можно использовать следующие методы:

  • Производить запуск силового агрегата на холостом ходу – нагрузка прикладывается только после перехода мотора в рабочий режим.
  • При подключении использовать схему треугольник-звезда.
  • Применять автотрансформаторный пуск – напряжение на двигатель подается через автотрансформатор, что позволяет добиться плавного повышения силы тока.
  • Использовать пусковые резисторы.
  • Применение частотных регуляторов и тиристорных устройств плавного запуска.

С помощью устройств плавного пуска, основанных на тиристорах, можно снизить показатель электротока пуска в два раза. При этом они могут работать как с асинхронными, так и синхронными электромоторами. В случае с трехфазными асинхронными двигателями, широкое распространение получили преобразователи частоты. Они позволяют изменять частоту электротока, обеспечивая не только плавный старт мотора, но и частоту вращения его ротора. Это эффективные устройства, но с высокой стоимостью. Следует помнить, что частотные преобразователи создают в сети помехи, устранить которые поможет сетевой фильтр.

Также можно использовать схему пуска силового агрегата с переключением обмоток со звезды на треугольник.

Для решения поставленной задачи часто применяются реле времени. Однако следует помнить, что этот способ подходит не для всех электромоторов.

Например, этот метод не применяется при подключении асинхронных электромоторов, рассчитанных на напряжение 220-380 В.

Сейчас на рынке появились более современные устройства – софт-стартеры. Они основаны на микропроцессорах и весьма эффективны. Единственным недостатком этих устройств может считаться лишь высокая стоимость.

Красников Николай

Источник

Чему равен пусковой ток асинхронного двигателя. Пусковой ток

Cтатья содержит общую информацию по выбору электродвигателя, а также формулы расчета мощности и пускового тока.

  1. Почему появляется пусковой ток
  2. Пусковые токи электродвигателей
  3. Как узнать пусковой ток?
  4. Пусковой ток аккумуляторной батареи
  5. Параметры пускового тока в маркировке
  6. Как снизить вред от пускового тока?
  7. Опрос
  8. Тепловое действие пускового тока
  9. Таблица оптимальных показателей

Почему появляется пусковой ток

Есть причина появления пускового тока. Подобно некоторым устройствам или системам, которые имеют развязывающий конденсатор или сглаживающий конденсатор, при запуске потребляется большое количество тока для их зарядки. Ниже приведенная диаграмма даст вам представление о разнице между пусковым, пиковым и установившимся током цепи.

Пиковый ток: это максимальное значение тока, достигаемое сигналом в положительной или отрицательной области.

Ток установившегося состояния: он определяется как ток в каждом интервале времени, который остается постоянным в цепи. Ток установившегося состояния достигается, когда di/dt = 0, что означает, что ток остается неизменным во времени.

Особенности пускового тока: появляется мгновенно, когда устройство включается; появляется на короткий промежуток времени; выше номинального значения цепи или устройства.

Пусковые токи электродвигателей

В каждом приборе, устройстве или механизме возникают процессы, называемые пусковыми. Это особенно заметно при начале движения, когда необходимо тронуться с места. В этот момент для первоначального толчка требуется значительно больше усилий, чем при дальнейшей работе данного механизма.


Точно такие же явления затрагивают и электрические устройства – электродвигатели, электромагниты, лампы и другие. Наличие пусковых процессов в каждом из них зависят от того, в каком состоянии находятся рабочие элементы. Например, нить накаливания обычной лампочки в холодном состоянии обладает сопротивлением, значительно меньшим, чем при нагревании в рабочем режиме до 1000С. То есть, у лампы, мощностью 100 Вт сопротивление нити во время работы составит около 490 Ом, а в выключенном состоянии этот показатель снижается до 50 Ом. Поэтому при высоком пусковом токе лампочки иногда перегорают. От всеобщего перегорания их спасает сопротивление, возрастающее при нагревании. Постепенно оно достигает постоянного значения и способствует ограничению рабочего тока до нужной величины.

Влияние пусковых токов в полной мере затрагивает все виды электродвигателей, широко применяющихся во многих областях. Для того чтобы правильно эксплуатировать электроприводы нужно знать их пусковые характеристики. Существует два основных параметра, оказывающих влияние на пусковой ток. Скольжение является связующим звеном между частотой вращения ротора и скоростью вращения электромагнитного поля. Снижение скольжения происходит от 1 до минимума по мере набора скорости. Пусковой момент является вторым параметром, определяющим степень механической нагрузки на валу. Эта нагрузка имеет максимальное значение в момент пуска и становится номинальной после того, как произошел полный разгон механизма.

Следует учитывать особенности асинхронных электродвигателей, которые при пуске становятся эквивалентны трансформатору с короткозамкнутой вторичной обмоткой. Она обладает совсем небольшим сопротивлением, поэтому величина пускового тока при скачке может достичь многократного превышения по сравнению с номиналом. В процессе дальнейшей подачи тока в обмотки, сердечник ротора начинает по нарастающей насыщаться магнитным полем. Возникает ЭДС самоиндукции, под действием которой начинает расти индуктивное сопротивление цепи. С началом вращения ротора происходит снижение коэффициента скольжения, то есть наступает фаза разгона двигателя. При росте сопротивления пусковой ток снижается до нормативных показателей.

В процессе эксплуатации может возникнуть проблема, связанная с увеличенными пусковыми токами. Причиной их возникновения, чаще всего, становится перегрев электродвигателей, перегруженные электрические сети в момент пуска, а также ударные механические нагрузки в подключенных устройствах и механизмах, таких как редукторы и другие. Для решения этой проблемы предусмотрены специальные приборы, представленные частотными преобразователями и устройствами плавного пуска. Они выбираются с учетом особенностей эксплуатации того или иного электродвигателя. Например, устройства плавного пуска используются в основном для агрегатов, соединенных с вентиляторами. С их помощью достигается ограничение пускового тока до двух номиналов. Это вполне нормальный показатель, поскольку во время обычного пуска ток превышает номинальное значение в 5-10 раз. Ограничение достигается за счет измененного напряжения в обмотках.

Обычные двигатели переменного тока получили широкое распространение в промышленном производстве, благодаря очень простой конструкции и низкой стоимости. Их серьезным недостатком считается тяжелый запуск, который существенно облегчается частотными преобразователями. Наиболее ценным качеством этих устройств является способность к поддержке пускового тока в течение одной минуты и более. Самые современные приборы позволяют не только регулировать пуск, но и оптимизировать его по заранее установленным эксплуатационным характеристикам.

Как узнать пусковой ток?

Кратность пускового тока (отношение пускового тока к номинальному) найти в документации на двигатель бывает не так-то просто. Но его можно измерить (оценить, узнать) самому. Вот навскидку несколько способов:

  1. Первый способ (лучший) – использовать осциллограф. Взять шунт (например, резистор 0,1…0,5 Ом, чем меньше по сравнению с обмотками, тем лучше), и посмотреть на нём осциллограмму в момент пуска. Далее из максимального амплитудного значения определяем действующее напряжение (поделить на корень из 2), далее по закону Ома считаем пусковой ток. Можно ничего не умножать и не делить – просто измерить клещами ток в рабочем режиме, и умножить его на разницу токов на экране осциллографа. Способ хорош тем, что видно переходные процессы, вызванные ЭДС самоиндукции, мгновенные значения тока, длительность разгона. Кроме того, учитываются параметры питающей сети. Ещё плюс – пусковой ток измеряется реальный, на реальном двигателе и механизме.
  2. Второй способ измерения пускового тока – подать на двигатель пониженное (в 5-10 раз) напряжение рабочей частоты и измерить ток. Почему пониженное? Это необходимо для того, чтобы ротор можно было легко зафиксировать, не допуская перегрева. Измеренный ток пересчитать, получим пусковой. Достаточно измерить ток на одной фазе. По другим токи будут (обязаны быть) такими же. Этот способ используют при производстве и испытаниях двигателей. Именно этим способом производители получают табличные данные. Способ опирается на номинальный ток, в реальности (на реальном механизме) пусковой ток может быть другим!
  3. Измерить пусковой ток токоизмерительными клещами. Плюс этого способа – простота и оперативность. Клещи используют в большинстве случаев для проверки режимов работы двигателей. Минус – такие клещи достаточно инерционны, а нам нужно увидеть, что происходит за доли секунды. Но этот минус нивелируется, когда мы измеряем ток при пуске нагрузки с высоким моментом инерции (вентиляторы, насосы с массивными крыльчатками). Пуск длится более 10 сек, и на экране клещей всё видно.
  4. Трансформатор тока. Такой используется, например, в узлах учета электроэнергии – благодаря трансформатору тока нет необходимости измерять реальной ток, а можно измерить ток, уменьшенный в точно известное количество раз. Так же измеряют ток в электронных пусковых устройствах (преобразователях частоты, софтстартерах). Минус способа – трансформатор тока рассчитан на частоту 50/60 Гц, а переходные процессы во время пуска имеют широкий спектр и много гармоник. Поэтому можно сказать, что такой способ тоже обладает высокой инерционностью.

Конечно, реальность отличается от эксперимента. Прежде всего тем, что ток короткого замыкания реальной сети питания не бесконечен. То есть, провода, питающие двигатель, имеют сопротивление, на котором в момент пуска падает напряжение (иногда – до 50%). Из-за этого ограничения реальный пусковой ток будет меньше, а разгон – длительнее. Поэтому нужно понимать, что значение кратности пускового тока, указанное производителем, в реальности всегда будет меньше.

Для чего нужны двигатели – приводить в действие механизмы и получать прибыль!

Теперь разберём другой вопрос –

Пусковой ток аккумуляторной батареи

Аккумулятор не зря считается одним из важных элементов автомобиля. Его основная функция заключается в подаче напряжения на имеющееся электрооборудование. В основном это стартер, автомагнитола, освещение и другие устройства. Для того чтобы успешно решать эту задачу, в аккумуляторе должно происходить не только накопление, но и сохранение заряда в течение длительного времени.

Одним из основных параметров батареи является пусковой ток. Данная величина соответствует параметрам тока, который протекает в стартере в момент его пуска. Пусковой ток непосредственно связан с режимом работы автомобиля. Если транспортное средство эксплуатируется очень часто, особенно в холодных условиях, в этом случае батарея должна иметь большой пусковой ток. Его номинальный параметр обычно находится в соответствии с мощностью источника питания, выдаваемой в течение 30 секунд при температуре минус 18С. Он появляется в тот момент, когда ключ поворачивается в замке зажигания и начинает работать стартер. Измерение токового значения производится в амперах.

Пусковые токи могут быть совершенно разными у аккумуляторов, одинаковых по своему внешнему виду и основным характеристикам. На этот фактор существенное влияние оказывают физические свойства материалов для изготовления и конструктивные особенности каждого изделия. Например, возрастание тока может наблюдаться, если свинцовые пластины становятся пористыми, повышается их количество, используется ортофосфорная кислота. Завышенная величина тока не оказывает негативного влияния на оборудование, она лишь способствует повышению надежности пуска.

Параметры пускового тока в маркировке

Как известно, существует несколько основных стандартов производства и маркировки аккумуляторных батарей. В зависимости от этого можно узнать, какой пусковой ток актуален для того или иного источника питания.

  • Россия. Российский стандарт определяется по ГОСТу 531652008. Маркировка представлена примерно в таком виде: 6СТ 60 АПЗ. Пусковой ток здесь не зашифрован. Но его обязаны указывать на этикетке около параметров ёмкости.
  • Европа. Это стандарт ETN. Маркироваться АКБ может как 555065043. В этом примере ток пуска представлен последними 3 цифрами. Их нужно умножить на 10. В итоге получается 430 Ампер.
  • Германия. Отдельный немецкий стандарт DIN не предусматривает, что в маскировке заложен пусковой ток. Его наносят на этикетку.
  • Азия. Это стандарт JIS. Как и в немецком стандарте, в маркировке ток прокрутки не предусмотрен. Нужно смотреть на этикетку.
  • США. Это стандарт SAE. Здесь ток пуска скрыт в 3 последних цифрах. К примеру, маркировка A35550. То есть тут пусковой ток составляет 550 Ампер.

Отталкиваясь от маркировки либо же от значений на этикетке, можно узнать, какой ток пуска должен быть на том или ином аккумуляторе. А затем путём тестирования удостовериться в его соответствии действительности.

Как снизить вред от пускового тока?

Если изменить схему питания двигателя невозможно (например, сосед по даче каждые пол часа запускает токарный станок, а никакие “методы воздействия” не воздействуют), то можно применить различные методы минимизации вреда от пусковых токов. Например:

  1. На важные потребители или на весь дом установить инверторный ИБП (UPS), который будет держать напряжение в норме при любом раскладе. Самый дорогой, но действенный способ.
  2. Поставить стабилизатор напряжения. Но учтите, что не все стабилизаторы одинаково полезны. Иногда они могут не справляться, а иногда – даже усугублять ситуацию. Подробнее – по приведенной ссылке.
  3. Если питание – однофазное, то можно попробовать переключиться с “плохой” фазы на “хорошую”. Иногда этот способ так же эффективен, как использование телепорта вместо автобуса “Таганрог-Москва”.

Но напоминаю, что мы тут занимаемся не устранением последствий, а предотвращением проблем, поэтому погнали дальше.

Опрос

Примите участие в опросе!

Если статья оказалась для вас полезной, распространите ссылку на неё в социальных сетях. Это поможет развитию сайта. Голосуйте в опросе ниже и оценивайте материал! Исправления и дополнения к статье оставляйте в комментариях.

Вернуться к содержанию

Тепловое действие пускового тока

Если перейти к формулам, пусковой ток оказывает тепловое действие на электродвигатель, которое описывается так называемым интегралом Джоуля. Если по простому, то тепловая энергия, производимая электрическим током, пропорциональна квадрату тока, умноженному на время. Обозначается эта величина через I2t.

Хорошая новость в том, что защитный автомат имеет примерно такую же тепловую (время-токовую) характеристику, что и время-токовая характеристика разгона двигателя.

Время-токовые характеристики защитного автомата

Что видим? Для защиты двигателя используются в основном автоматы с характеристикой D, как раз для того, чтобы меньше реагировать на кратковременные перегрузки. Подробнее здесь.

А для пускового тока двигателя график будет примерно такой:

График пускового тока (теоретический) при Кп = 6

Линейность графика – условная. Всё зависит от изменения момента нагрузки в процессе разгона. Теоретический график показан пунктиром. На этом графике Кп = Iп / Iн = 6, но это теоретическое (табличное) значение. Время разгона до номинала = tп.

Реальный график начерчен сплошной линией. На нём Iп` – это реальное значение пускового тока, которое всегда меньше теоретического. Это обусловлено тем, что питающая сеть имеет не нулевое сопротивление, и при повышении тока на проводах возникают потери напряжения.

Про потери на низком напряжении я писал тут, про потери в сетях 0,4 кВ – здесь.

Понятно, что из-за потерь время разгона будет больше, оно обозначено на графике через tп`.

Теперь повернём последний график, чтобы привести оси к одной системе координат:

Время от тока, если можно так выразиться

Не правда ли, весьма похоже на время-токовую характеристику защитного мотор-автомата?

Получается, что обе характеристики компенсируют друг друга, и при выборе автомата достаточно настроить его уставку на номинальный ток двигателя. При особо тяжелых пусках, когда площадь под кривой пуска двигателя больше площади под кривой защитного автомата, стоит подумать о плавном пуске – УПП либо ПЧ.

Таблица оптимальных показателей


Для упрощения жизни автомобилистов давно была разработана универсальная таблица основных показателей аккумуляторных батарей, среди которых есть количество возможных пусков холодного двигателя.

Пусковой ток аккумулятора и другие характеристики АКБ для автомобиля, таблица общепринятых стандартов:

Источник

Пуск асинхронного двигателя | Электротехника

Пусковые свойства двигателей.

При пуске ротор двигателя, преодолевая момент нагрузки и момент инерции, разгоняется от частоты вращения  п =  0 до п . Скольжение при этом меняется от sп = 1 до s. При пуске должны выполняться два основных требования: вращающий момент должен бить больше момента сопротивления (Мвр>Мс) и пусковой ток Iп должен быть по возможности небольшим.

В зависимости от конструкции ротора (короткозамкнутый или фазный), мощности двигателя, характера нагрузки возможны различные способы пуска: прямой пуск, пуск с использованием дополнительных сопротивлений, пуск при пониженном напряжении и др. Ниже различные способы пуска рассматриваются более подробно.

Прямой пуск.

Пуск двигателя непосредственным включением на напряжение сети обмотки статора называется прямым пуском. Схема прямого пуска приведена на рис. 3.22. При включении рубильника в первый момент скольжение s = l, а приведенный ток в роторе и равный ему ток статора

, (3.37)

 

максимальны (см.п.3.19 при s=1). По мере разгона ротора скольжение уменьшается и поэтому в конце пуска ток значительно меньше, чем в первый момент. В серийных двигателях при прямом пуске кратность пускового тока kI = IП / I1НОМ = ( 5,…,7), причем большее значение относится к двигателям большей мощности.

Рис. 3.22

Значение пускового момента находится из (3.23) при s = 1:

,(3.38)

Из рис. 3.18 видно, что пусковой момент близок к номинальному и значительно меньше критического. Для серийных двигателей кратность пускового момента          МП/ МНОМ = (1.0,…,1.8).

Приведенные данные показывают, что при прямом пуске в сети, питающей двигатель, возникает бросок тока, который может вызвать настолько значительное падение напряжение, что другие двигатели, питающиеся от этой сети, могут остановиться.

С другой стороны, из-за небольшого пускового момента при пуске под нагрузкой двигатель может не преодолеть момент сопротивления на валу и не тронется с места. В силу указанных недостатков прямой пуск можно применять только у двигателей малой и средней мощности (примерно до 50 кВт).

Пуск двигателей с улучшенными пусковыми свойствами.

Улучшение пусковых свойств асинхронных двигателей достигается использованием эффекта вытеснения тока в роторе за счет специальной конструкции беличьей клетки. Эффект вытеснения тока состоит в следующем: потокосцепление и индуктивное сопротивление X

2 проводников в пазу ротора тем выше, чем ближе ко дну паза они расположены (рис.3.23). Также X2 прямо пропорционально частоте тока ротора.

Следовательно, при пуске двигателя, когда  s=1  и   f2 = f1 = 50 Гц , индуктивное сопротивление X2 = max  и под влиянием этого ток вытесняется в наружный слой паза. Плотность тока j по координате h распределяется по кривой, показанной на рис.3.24. В результате ток в основном проходит по наружному сечению проводника, т.е. по значительно меньшему сечению стержня, и, следовательно, активное сопротивление обмотки ротора R2 намного больше, чем при нормальной работе. За счет этого уменьшается пусковой ток и увеличивается пусковой момент МП (см. (3.37), (3.38) ).

По мере разгона двигателя скольжение и частота тока ротора падает и к концу пуска достигает 1 – 4 Гц. При такой частоте индуктивное сопротивление мало и ток распределяется равномерно по всему сечению проводника. При сильно выраженном эффекте вытеснения тока становится возможным прямой пуск при меньших бросках тока и больших пусковых моментах.

К двигателям с улучшенными пусковыми свойствами относятся двигатели, имеющие роторы с глубоким пазом, с двойной беличьей клеткой и некоторые другие.

Рис.3.23                                                          Рис. 3.24

 

Двигатели с глубокими пазами.

Как показано на рис.3.25, паз ротора выполнен в виде узкой щели, глубина которой примерно в 10 раз больше, чем ее ширина. В эти пазы-щели укладывается обмотка в виде узких медных полос. Распределение магнитного потока показывает, что индуктивность и индуктивное сопротивление в нижней части  проводника значительно больше, чем в верхней части.

Рис.3.25

Поэтому при пуске ток вытесняется в верхнюю часть стержня и активное сопротивление значительно увеличивается. По мере разгона  двигателя скольжение уменьшается, и плотность тока по сечению становится почти одинаковой.

В целях увеличения эффекта вытеснения тока глубокие пазы выполняются не только в виде щели, но и трапецеидальной формы. В этом случае глубина паза несколько меньше, чем при прямоугольной форме.

Двигатели с двойной клеткой.

В таких двигателях обмотки ротора выполняются в виде двух клеток (рис.3.26): во внешних пазах 1 размещается обмотка из латунных проводников, во внутренних 2 – обмотка из медных проводников.

Рис.3.26

Таким образом, внешняя обмотка имеет большее активное сопротивление, чем внутренняя. При пуске внешняя обмотка сцепляется с очень слабым магнитным потоком, а внутренняя – сравнительно сильным полем. В результате ток вытесняется во внешнюю клетку, а во внутренней тока почти нет.

По мере разгона двигателя ток из внешней клетки переходит во внутреннюю и при s =sНОМ протекает в основном по внутренней клетке. Ток во внешней клетке при этом сравнительно небольшой.

Результирующий пусковой момент, складывающийся из моментов от двух клеток, значительно больше, чем у двигателей нормальной конструкции, и несколько больше, чем у двигателей с глубоким пазом. Однако следует иметь в виду, что стоимость двигателей с двойной клеткой ротора выше.

Пуск переключением обмотки статора.

Если при нормальной работе двигателя фазы статора соединены в треугольник, то, как показано на рис.3.27, при пуске первоначально они соединяются в звезду.

Рис.3.27

Для этого сначала включается выключатель Q, а затем переключатель S ставится в нижнее положение Пуск. В таком положении концы фаз Х, Y, Z соединены между собой, т.е. фазы соединены звездой. При этом напряжение на фазе в √3 раз меньше линейного.

В результате линейный ток при пуске в 3 раза меньше, чем при соединении треугольником. При разгоне ротора в конце пуска переключатель S переводится  в верхнее положение и, как видно из рис. 3.27, фазы статора пересоединяются в треугольник.

Недостатком этого способа является то, что пусковой момент также уменьшается в 3 раза, так как момент пропорционален квадрату фазного напряжения, которое в √3 раз меньше при соединении фаз звездой. Поэтому такой способ применим при небольшом нагрузочном моменте и только для двигателей, нормально работающих при соединении обмоток статора в треугольник.

Пуск при включении добавочных  резисторов в цепь статора.(рис. 3.28)

Рис.3.28

Перед пуском  выключатель (пускатель) находится в разомкнутом состоянии и замыкается выключатель Q1.

При этом в цепь статора включены добавочные резисторы RДОБ. В результате обмотка статора питается пониженным напряжением U

1n = U1НОМInRДОБ. После разгона двигателя замыкается выключатель Q2 и обмотка статора включается на номинальное напряжение U1НОМ. Подбором RДОБ можно ограничить пусковой ток до допустимого.

Следует иметь в виду, что момент при пуске, пропорциональный U2, будет меньше и составляет (U/ U1НОМ)2 номинального. Важно отметить, что при этом способе пуска значительны потери в сопротивлении RДОБ (RДОБI21n). Можно вместо резисторов RДОБ включить катушки с индуктивным сопротивлением ХДОБ, близким к RДОБ.

Применение катушек позволяет уменьшить потери в пусковом сопротивлении.

Автотрансформаторный пуск.

Кроме указанных способов можно применить так называемый автотрансформаторный пуск.

Соответствующая схема показана на рис.3.29.

Рис.3.29    

Перед пуском переключатель S устанавливается в положение 1, а затем включается автотрансформатор и статор питается пониженным напряжением U. Двигатель разгоняется при пониженном напряжении и в конце разгона переключатель S переводится в положение 2 и статор питается номинальным напряжением U1ном.

Если коэффициент трансформации понижающего трансформатора n, тогда ток I на его входе будет в n раз меньше. Кроме того, пусковой ток будет также в n раз меньше, т.е. ток при пуске в сети будет в n2 раз меньше, чем при непосредственном пуске.

Этот способ, хотя и лучше рассмотренных в п.3.14.7, но значительно дороже.

Пуск двигателя с фазным ротором.

Пуск двигателя с фазным ротором осуществляется путем включения пускового реостата в цепь ротора, как это показано на рис.3.30.

Начала фаз обмоток ротора присоединяются к контактным кольцам и через щетки подключаются к пусковому реостату с сопротивлением Rp.

Приведенное к обмотке статора сопротивление пускового реостата Rp рассчитывается так, чтобы пусковой момент был максимальный, т.е. равен критическому. Так как при пуске скольжение  sП = 1, то  sП = 1 =  sК , равенство МП = М Пmaх  = МК будет обеспечено. Тогда

.

Пуск двигателя происходит по кривой, показанной на рис.3.31. В момент пуска  рабочая точка на механической характеристике находится в положении а, а при разгоне двигателя она перемещается по кривой

1, соответствующей полностью включенному реостату.

При моменте, соответствующем точке е , включается первая ступень реостата и момент скачком увеличивается до точки b – рабочая точка двигателя переходит на кривую 2; в момент времени, соответствующей точке d, выключается вторая   ступень реостата, рабочая точка скачком переходит в точку с и двигатель выходит на естественную характеристику 3 и затем в точку f. Реостат закорачивается, обмотка ротора замыкается накоротко, а щетки отводятся от колец.

Таким образом, фазный ротор позволяет пускать в ход асинхронные двигатели большой мощности при ограниченном пусковом токе. Однако этот способ пуска связан со значительными потерями в пусковом реостате.

Кроме того, двигатель с фазным ротором дороже двигателя с короткозамкнутым ротором. Поэтому двигатель с фазным ротором применяется лишь при больших мощностях и высоких требованиях к приводу.

 

На сколько пусковой ток выше номинального. Пусковой ток электродвигателя. Ограничение пусковых токов асинхронных

При пуске в ход, то есть при трогании с места и разгоне, момент, развиваемый двигателем, должен превышать момент сопротивления нагрузки, иначе двигатель не сможет разогнаться. В начальный момент пуска, когда скорость двигателя равна нулю, а скольжение – единице, ЭДС в обмотке ротора максимальна (см. 2.37), а пусковой ток в обмотке статора I 2 , в соответствии с (2.40), значительно превышает номинальный рабочий ток. Соответственно возрастает и ток в обмотке статора, то есть ток, потребляемый двигателем от питающей сети. Кратность пускового тока y п = I П /I НОМ для двигателей с короткозамкнутым ротором достигает 5 – 7. По мере разгона двигателя скольжение уменьшается, что приводит к уменьшению ЭДС и силы тока в обмотке ротора. Соответственно уменьшается и ток в обмотке статора.

Электродвигатель с отключенной мощностью мало сопротивляется электричеству, поскольку обмотки двигателя действуют почти как короткие, пока они не активируются. Когда питание включено, ток может быть во много раз больше, чем текущий ток, когда двигатель работает с номинальной скоростью под нагрузкой. Этот поток тока длится всего лишь часть секунды. Расчет точного пускового тока невозможен, но диапазон может быть определен, если документация производителя не указывает его.

Прочтите заводскую табличку двигателя на двигателе и найдите напряжение, указанное на нем. В Национальном электрическом кодексе предусмотрено, что все двигатели имеют заводскую табличку, которая предоставляет информацию, характерную для электрических рабочих характеристик двигателя.

Большой пусковой ток может быть недопустимым, как для самого двигателя, так и для сети, питающей двигатель. Если пуски осуществляются часто, то большой пусковой ток приводит к повышению температуры обмоток двигателя, что может привести к преждевременному старению его изоляции. Если после подачи напряжения на двигатель, он по какой — либо причине не запустился, двигатель должен быть немедленно отключен, автоматическим устройством защиты, срабатывающим при повышенном токе, или вручную. В питающей сети при большой силе тока снижается напряжение, что влияет на работу других потребителей, подключенных к сети. Поэтому прямой пуск двигателя непосредственным включением в питающую сеть допускается лишь в том случае, когда мощность двигателя, намного меньше мощности, на которую рассчитана сеть питания.

Найдите буквенный код блокированного ротора или «Заблокированный роторный код» на заводской табличке двигателя. Эти буквы опущены, чтобы избежать путаницы. Следуйте строке кода буквы справа и найдите заданный диапазон. Диапазон указан в тысячах вольт-ампер или киловатт.

Умножьте каждое число в диапазоне на 1, разделите каждый результат на напряжение двигателя, найденное на паспортной табличке. Результирующий диапазон — это диапазон пускового тока. Разделение напряжения двигателя на 230 вольт дает диапазон пускового тока с 8 до 1 ампер.

У двигателей с фазным ротором снижение пускового тока достигается включением в цепь ротора трехфазного пускового реостата. Активные сопротивления, включенные в цепь каждой фазы ротора, обеспечивают уменьшение тока в обмотке ротора, а значит и в обмотке статора. При этом увеличение активного сопротивления в цепи ротора обеспечивает увеличение коэффициента мощности cosψ 2 , и получение достаточно большого пускового момента при уменьшенном пусковом токе. По мере увеличения скорости вращения двигателя сопротивление пускового реостата плавно или ступенчато уменьшается до нуля.

Пусковой ток является только кратковременным, и если автоматический выключатель имеет правильную величину, он не будет отключать долю секунды в текущих шипах. Когда обмотки двигателя активируются, они создают сопротивление потоку тока, и ток начинает падать. Когда двигатель достигает полной скорости, текущий уровень будет на уровне, указанном на заводской табличке двигателя, как ток полной нагрузки.

Напряжение важно для определения пускового тока. Если на заводской табличке двигателя указано несколько напряжений, необходимо определить используемое напряжение. Легкое место для измерения это при отключении двигателя. Тип напряжения определяет способ измерения. Измерьте трехфазный ток между двумя горячими контактами и удвойте его. Раздельный фазовый ток измеряется между двумя горячими клеммами. Однофазный ток измеряется от горячего терминала до земли.

Уменьшить пусковой ток асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором можно путем пуска при пониженном напряжении питания. Возможно также включение на время пуска по схеме звезда, статорной обмотки рассчитанной на соединение в треугольник. Однако при этих способах существенно снижается вращающий момент и они применимы лишь при пуске без нагрузки или при малой нагрузке. Уменьшение пускового тока при сохранении большого вращающего момента путем пуска при пониженной частоте напряжения питания.

Вопреки распространенному мнению, больше не всегда лучше, особенно когда речь идет о электродвигателях. Подразделения по техническому обслуживанию и техническому обслуживанию отделов, например, имеют немного дополнительной мощности «на всякий случай», поэтому они иногда указывают большие двигатели, чем требуют приложения. Но негабаритные двигатели стоят дороже, чтобы работать — иногда намного больше. Имейте в виду, что нагрузки должны определяться, когда двигатель работает при максимальной нагрузке.

Нагрузки, которые широко варьируются, являются хорошими кандидатами для частотно-регулируемых приводов, что дает дополнительную выгоду от контроля скорости производства. Как показано на рисунке 1, процентная нагрузка и ток по существу линейны, от полной нагрузки до тока на паспортной табличке двигателя. Однако легкая ошибка состоит в том, чтобы предположить, что нулевая нагрузка = нулевой ток. Самые большие ошибки возникают при рассмотрении двигателей, которые больше всего нуждаются в «правильной калибровке».

Для механизмов, имеющих тяжелые условия пуска, в которых желательно использовать асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, целесообразно применять двигатели с улучшенными пусковыми свойствами: c большим пусковым моментом и меньшим, чем у двигателей общего назначения, пусковым током. Такими являются двигатели с двухклеточным и глубокопазным ротором. Форма пазов и активных проводников обмотки якоря двухклеточного и глубокопазного ротора показаны на рис. 2.30

Хотя можно определить процентную нагрузку, которую двигатель переносит с графика на рисунке 1, фактическая нагрузка двигателя может быть математически аппроксимирована из хороших входных данных. Управляйте двигателем разъединенным и записывайте ток без нагрузки. Не используйте никаких быстрых клавиш здесь, потому что измеренный ток будет выше, если двигатель подключен. Чтобы избежать ошибок, всегда используйте разомкнутый ток.

Затем документируйте ток паспортной таблички, а затем измерьте ток при фактической нагрузке двигателя. Так как низкорослый двигатель представляет другие проблемы, лучше всего измерить ток в течение рабочего цикла процесса. Если нагрузка меняется, запишите ток во время пиковой нагрузки.

Ротор двухклеточного двигателя имеет две короткозамкнутые обмотки: внешнюю 1 (рис. 2.30а.), или пусковую, выполненную стержнями с малым поперечным сечением из материала с пониженной электропроводностью (латуни, бронзы) и внутреннюю 2, или рабочую – выполненную стержнями с большим поперечным сечением из материала с высокой электропроводностью (меди). В начале пуска двигателя (при n = 0, s = 1) частота тока в роторе равна частоте сети. При этом индуктивные сопротивления клеток велики по сравнению с активными (X L = 2πfL). Особенно велико индуктивное сопротивление нижней, рабочей, клетки, глубоко погруженной в тело ротора и сцепленной с большим потоком рассеяния (показан пунктирными линиями на рис. 2.30). Ток проходит в основном по верхней клетке с большим активным сопротивлением благодаря чему уменьшается пусковой ток и увеличивается пусковой момент. По мере разгона двигателя частота тока ротора уменьшается в десятки раз, так как скольжение уменьшается от единицы до сотых долей ее. Следовательно индуктивное сопротивление ротора, пропорциональное частоте, уменьшается и становится незначительным и для пусковой и для рабочей обмотки. При этом ток ротора, распределяющийся между клетками обратно пропорционально их сопротивлениям, начинает протекать в основном в рабочей обмотке с малым активным сопротивлением. Таким образом, процесс пуска двухклеточного двигателя сходен с процессом реостатного пуска двигателя с фазным ротором.

Дополнительные затраты на эксплуатацию серьезно недоиспользуемых двигателей часто включают в себя доплату за недостаточный коэффициент мощности. Циклические энергетические пользователи могут также взимать плату за потребление в зависимости от использования максимальной мощности. Идентификация малоиспользуемых двигателей позволяет многим пользователям снизить эксплуатационные расходы.

Скрытые затраты на сверхмощные двигатели

Пусковой ток, ток, который двигатель тянет в момент запуска, не зависит от нагрузки. Для двигателя заданного размера он будет таким же, независимо от фактической нагрузки. Это означает, что пуск двигателя мощностью 100 л.с. отсоединяется от того же начального тока, что и при запуске нагрузки на 100 л.с. Поскольку пусковой ток примерно в шесть раз превышает номинальный ток, он может быть значительно выше для негабаритного двигателя, чем модель «правого размера».

Рисунок 2.30 – Формы пазов двухклеточного и глубокопазного ротора

Имеются и другие конструкции ротора с двойной клеткой, например с фигурными пазами 3 залитыми алюминием (рис. 2.30б). Здесь повышенное активное сопротивление клетки при пуске обеспечивается только за счет вытеснения тока в верхние части проводников, так как материал обеих клеток одинаков. Такая конструкция проще и дешевле, но пусковые характеристики двигателя несколько хуже.

Двигатель мощностью 125 л.с. на приводе вентилятора имел номинальную характеристику 148 ампер, но заработал 44 ампера, когда он был отключен. Тестирование подтвердило, что при работе при нормальной нагрузке двигатель потреблял только 63 ампера. Замена двигателя с более высокой эффективностью на 25 л.с. резко снизила пусковой ток с 890 до 198 ампер. Ток «полной нагрузки» также уменьшился с 63 до 29 ампер. Очевидно, завод платил за потраченное впустую электричество.

Примеры номинальной мощности и мощности при запуске бытовой техники

Коэффициент мощности оригинального мотора мощностью 125 л.с. также был очень низким при работе с нагрузкой 8 л.с. что, возможно, вызвало доплаты от утилиты. Чрезмерный высокий пусковой ток может увеличить затраты на обслуживание из-за дополнительного износа пускателей и контактов пуска, но более высокий пусковой ток также является особенностью двигателей с более высокой эффективностью.

Аналогично вытеснение тока в верхнюю часть проводника при пуске, когда частота тока в роторе велика, обеспечивается в глубокопазном роторе (рис. 2.30в), в котором проводник 4, обычно медный сильно вытянут по высоте. Вытеснение тока в верхнюю часть проводника равноценно уменьшению его сечения и обеспечивает увеличение активного сопротивления ротора во время пуска и уменьшение пускового тока.

Примечание. Прежде чем «разрешить», убедитесь, что двигатель нижнего л.с. может обеспечить необходимую начальную инерцию нагрузки. Коэффициент мощности важен, поскольку его можно использовать для определения эффективности. Чтобы вычислить коэффициент мощности, используйте следующую формулу.

Для расчета эффективности для трехфазного двигателя. Двигатель работал только на 48%. Где вы хотите потратить свои деньги? Пусковой ток асинхронного двигателя является слишком высоким — эта концепция мы знаем и используем в приложениях. Но почему этот пуск тока происходит только при запуске асинхронного двигателя, почему бы не работать. Изучение этого было бы хорошо.

Служили безотказно? Тогда эта статья будет для вас полезна.

Одна из основных характеристик бытовых приборов — электрическая мощность на выходе. Она отражает возможность питания подключённой нагрузки. Для правильного выбора стабилизатора напряжения переменного тока, ИБП или генератора нужно знать мощность устройства. Для ее расчета следует подсчитать сумму электрической мощности всех приборов, которые могут быть единовременно подключены.

При запуске — не сдерживать цепь статора цепью ротора

Асинхронный двигатель похож на полифазный трансформатор — причина высокого пускового тока
Таким образом, асинхронный двигатель похож на трансформатор, где основным является статор, а вторичный — ротор. Теперь мы знаем концепцию трансформатора, что первичный ток и вторичный ток взаимосвязаны. Вторичный ток сдерживает первичное значение, превышающее значение. Таким образом, в начальном состоянии не хватает тока во вторичном, поэтому недостаточно удерживается на первичный ток. Таким образом, первичный ток сильно увеличивается.

Одно из основных условий долгой и стабильной работы стабилизатора, генератора и ИБП: мощность техники не должна превышать их возможности по выходной мощности. Лучше, чтобы суммарная электрическая мощность электроприборов, которые функционируют одновременно, была на 20 % меньше выходной мощности питающего прибора. Чем меньше стабилизатор или ИБП работает с перегрузкой, тем дольше он служит.

Вот почему классно сказано: «Вторичный трансформатор тока не должен быть открытым во время работы». Поэтому при стартовом состоянии сопротивление статора относительно невелико по сравнению с реактивным сопротивлением. Это приводит к высокому пусковому току, но в условиях работы вторичная цепь, которая представляет собой цепь ротора, обеспечивает некоторые сдерживающие механизмы, которые увеличивают сопротивление статора, — что удерживает ток в рабочем состоянии в асинхронном двигателе. сравнение тока крутящего момента для асинхронного двигателя ротора с короткозамкнутым ротором.

В расчете суммарной мощности и состоит основная трудность. В паспорте любого устройства указана мощность в кВт. Вроде бы всё просто: нужно сложить мощность приборов. Но в этом кроется основная ошибка. Приборы, в конструкции которых есть электродвигатели, насосы или компрессоры, в момент запуска дают нагрузку на сеть, превышающую номинал в 2-7 раз. Такое явление обусловлено наличием пусковых токов. Это же правило относится к приборам, в состав которых входят инерционные компоненты или элементы, физические свойства которых в момент запуска отличаются от их обычных значений при эксплуатации. Классический пример — изменение сопротивления у обыкновенной лампы накаливания. В конструкции таких ламп есть вольфрамовая нить, при включении электрическое сопротивление вольфрама меньше (нить холодная), чем при работе. Сопротивление увеличивается с ростом температуры, следовательно, при включении лампы её мощность намного больше, чем во время работы. При включении лампы накаливания присутствуют пусковые токи.

Поэтому различный пуск асинхронного двигателя, такие методы, которые используются для уменьшения высоких пусковых токов асинхронного двигателя. Асинхронный двигатель можно сравнить с электрическим трансформатором с вторичным короткозамкнутым контуром. Первичную обмотку трансформатора можно сравнить с обмоткой статора асинхронного двигателя, а обмотка ротора рассматривается как короткозамкнутая вторичная обмотка трансформатора.

Модель цепи индукционного двигателя показана на рисунке. Из модели асинхронного двигателя можно заметить, что асинхронный двигатель состоит из двух ветвящихся цепей, которые параллельны. Намагничивающая составная цепь Сопротивление и схема реактивности. . Намагничивающая составляющая тока, протекающего через асинхронный двигатель, пропорциональна приложенному напряжению и не зависит от нагрузки на двигатель, аналогичный трансформатору.

Мощность любого прибора рассчитается как произведение напряжения (в вольтах) и силы тока (в амперах). По мере увеличения силы тока растет мощность, а значит, возрастает нагрузка на стабилизатор, генератор и источник питания. Определение пусковых токов можно сформулировать так: электроприборы или их элементы, имеющие инерционные свойства, в момент запуска дают большую нагрузку на электрическую сеть или питающий прибор, чем в процессе работы.

Сопротивление и схема реактивности утечки состоят из сопротивления и сопротивления утечки статора и ротора асинхронного двигателя, соединенного последовательно. Сопротивление нагрузки последовательно соединено с сопротивлением фиксированного ротора и статора. Во время запуска двигателя проскальзывание будет одним. Поэтому, если рассчитать общий импеданс, предлагаемый пусковым токам во время запуска асинхронного двигателя, что минимально приводит к высоким пусковым токам во время запуска двигателя.

Когда 3-фазное напряжение подается на обмотку статора для запуска асинхронного двигателя, высокие пусковые токи намагничивают воздушный зазор между статором и ротором. Импульс ЭДС генерируется в обмотках ротора асинхронного двигателя из-за вращающегося магнитного поля. Эта индуцированная эдс создает электрический ток в витках ротора. Ток, генерируемый в обмотках ротора, создает поле, которое, в свою очередь, создает крутящий момент для вращения двигателя. Как только ротор начнет поднимать скорость, ток, наносимый машиной, уменьшается.

Значение пусковых токов зависит не только от усилия по раскрутке ротора двигателя или насоса до номинальных оборотов, но и от изменения сопротивления проводника. Чем меньше сопротивление, тем больше величина силы тока, который может протекать по нему. При нагреве уменьшается сопротивление и снижается возможность проводника пропускать большие токи.

Время, требуемое для запуска двигателя, зависит от времени, необходимого для ускорения, которое зависит от характера подключенной нагрузки. Недостатки высоких пусковых токов в асинхронном двигателе. Высокие пусковые токи, создаваемые асинхронным двигателем во время пуска, могут привести к большому падению напряжения подключенных шин. Это падение напряжения в шинах может повлиять на работу других двигателей, работающих на шине. Провалы напряжения во время запуска больших двигателей могут отключать некоторые из двигателей, работающих на одной и той же шине.

Помимо вращающего момента и электросопротивления дополнительную электрическую мощность в момент старта прибору придаёт индуктивная мощность. В момент включения люминесцентной лампы у индуктивной катушки сопротивление мало. Также действует мощность для поджига разряда, что увеличивает силу тока.

Влияние пусковых токов особенно важно для стабилизаторов напряжения и источников бесперебойного питания . Стабилизаторы работают в одном из двух режимов работы: номинальном или предельном.

В номинальном режиме работы сохраняется мощность, но при ухудшении качества электроснабжения в сети наблюдается очень низкое или, напротив, очень высокое напряжение. В таком случае стабилизатор переходит в предельный режим работы, его выходная мощность снижается примерно на 30 %. Если при этом происходит перегрузка по пусковым токам, то он выключится, сработает система защиты. Если это будет повторяться часто, срок службы качественного стабилизатора будет небольшим (что уж говорить о китайской технике).

С ИБП типа on-line дела обстоят сложнее. Если на такой прибор дается нагрузка, превышающая номинальную (а у пусковых токов очень большая скорость, и они проходят любую защиту), предохранители не успевают сработать, и источник питания может сгореть. Это негарантийный случай и ремонт будет стоить значительных средств.

Единственный вид ИБП, который может выдерживать пусковые токи, в 2-3 раза превышающие номинал, — системы резервного электропитания типа. Максимальные пусковые токи дают компрессоры холодильников (однокамерные — до 1 кВт, двухкамерные — до 1,8 кВт), а также глубинные насосы. Их мощность во время запуска превышает номинал в 5-7 раз. Самый маленький коэффициент запуска (равный 2) отмечается у насосов Grundfos с системой плавного пуска.

При выборе источников электроснабжения или стабилизатора напряжения нужно учитывать временной фактор влияния пусковых токов. При первом включении стабилизатора или генератора все электроприборы начнут работу одновременно и суммарная нагрузка будет большая. При дальнейшей работе потребитель должен оценить вероятность одновременного запуска приборов с большими пусковыми токами (к примеру, холодильника, насоса и стиральной машины). Если стабилизатор или ИБП имеет небольшую мощность, то следует самостоятельно контролировать включение техники с пусковыми токами.

Выводы:

  • При подсчёте суммарной мощности электротехники мощность приборов с пусковыми токами нужно рассчитывать не по номиналу, а с учётом пусковых токов (в Вт либо в А).
  • Пусковые токи даёт техника, в конструкции которой есть электродвигатель, насос, компрессор, нить накаливания или катушка индуктивности.
  • Чем хуже напряжение в магистральном проводе (ниже 150 В или выше 250 В), тем более высокий номинал должен быть у стабилизатора или ИБП (примерно на 30 % больше суммарной мощности работающей техники).

Пусковые токи можно ассоциировать с началом движения велосипеда: в момент начала движения нужно большое усилие, чтобы раскрутить колёса, но когда велосипед приходит в движение, требуется меньше сил для поддержания скорости.

Примеры номинальной мощности и мощности при запуске бытовой техники

Тип техники Номинальная мощность, Вт Продолжительность пусковых токов, с Коэффициент во время начала работы Пример модели стабилизатора, ВА Пример модели ИБП
Холодильник 250-350 4 3 «Штиль» R1200 / Progress 1500T N-Power Pro-Vision Black M 3000 LT
Стиральная машина 2500 1-3 3-5 Progress 3000T
Микроволновая печь 1600 2

§ 9.10. Пуск асинхронных двигателей

Пусковой режим асинхронных двигателей характеризуется двумя величинами: кратностью пускового момента Mпуск/MH и кратностью пускового тока Iпуск/IH Кратность пускового тока должна быть наи­меньшей, кратность пускового момента — наибольшей. У совре­менных двигателей с короткозамкнутым ротором кратность пуско­вого момента составляет 0,7—1,5, а кратность пускового тока 4—7,5.

При пуске двигатель должен развивать вращающий момент, способный преодолеть противодействующий момент на его ва­лу.

Большое значение для условий пуска двигателей имеет крат­ность пускового тока. В начальный момент пуска двигателя отно­сительная скорость магнитного потока, пересекающего обмотку неподвижного ротора, имеет наибольшую величину, так как сколь­жение s=l. Наводимая в обмотке ротора э. д. с. Ег будет иметь величину, во много раз превышающую номинальное ее значение при работе двигателя (E2S= E2S). Соответственно и ток, создаваемый этой э. д. с. в роторе, будет превосходить в несколько раз рабочий ток ротора I2. Для уравновешивания этого тока и создаваемой им м. д. с. в первичной цепи обмотки статора появится дополнительная слагающая тока. При этом пусковой ток в обмотке статора значи­тельно превысит номинальный ток.

Так как период пуска не превышает нескольких секунд, то для сохранности самого двигателя пусковые токи статора и ротора не­опасны: нагрев их обмоток не успеет достичь опасных пределов. Однако большой пусковой ток в первичной цепи может вызвать резкое падение напряжения в питающей сети, особенно если она небольшой мощности.

В большинстве случаев пуск асинхронных двигателей осуще­ствляется непосредственно включением их в сеть. Лишь в тех случаях, когда пуск двигателей сопровождается значительным паде­нием напряжения в сети, применяют специальные способы пуска двигателей.

Для двигателей с короткозамкнутым ротором и двигателей с контактными кольцами применяют различные схемы пуска.

С целью ограничения пускового тока пуск асинхронных дви­гателей с короткозамкнутым ротором иногда производят при по­ниженном напряжении. Понижение напряжения может осущест­вляться путем включения на период пуска последовательно с об­моткой статора двигателя пусковых сопротивлений при помощи автотрансформатора и переключением обмотки статора со звезды на треугольник.

Пуск двигателей с короткозамкнутым ротором с последователь­ным включением пусковых сопротивлений связан со значительными потерями мощности в сопротивлениях. При значительных мощнос­тях двигателей реостаты получаются громоздкими. Поэтому этот способ пуска двигателей получил ограниченное применение (лишь для пуска двигателей малой мощности).

При пуске двигателей с короткозамкнутым ротором посредством автотрансформатора (рис. 9.15) включается рубильник 1 при разом­кнутом рубильнике 2, и к двигателю вначале подается пониженное напряжение. По мере увеличения скорости двигателя напряжение постепенно доводят до номинальной величины, после чего замыкает­ся рубильник 2, и двигатель включается непосредственно в сеть, а рубильник 1 выключается.

Если автотрансформатор имеет коэффициент трансформации ka, то первичные и вторичные напряжения и токи автотрансформатора будут равны:

В соответствии с коэффициентом трансформации ka автотранс­форматора ток I2‘, подводимый к двигателю, будет меньше тока при непосредственном включении двигателя в сеть в кa раз, так

как напряжение U2 меньше напряжения U1 в kа раз. Отсюда можно написать, что

рис9.15 Схема автотрансформаторного

пуска асинхронного двигателя рис9.16 Схема пуска асинхронного двигателя

переключением обмотки статора со звезды на

треугольник.

При пуске посредством автотрансформатора ток, подводимый к двигателю из сети, уменьшается в раз, пусковой момент дви­гателя уменьшается в раз.

Пуск двигателя переключением обмотки статора со звезды на треугольник (рис. 9.16) возможен лишь в том случае, если обмотка статора двигателя при работе соединена в треугольник.

Как известно, фазные и линейные напряжения и токи при соеди­нения обмоток в звезду связаны между собой отношениями

а при соединении в треугольник — отношениями

Из отношения токов получим

Таким образом, при соединении обмоток в звезду линейный ток в три раза меньше линейного тока при их соединении в треугольник. Точно так же и пусковой вращающийся момент при соединении обмоток в звезду будет меньше пускового вращающегося момента при их соединении в треугольник в три раза.

Рис. 9.17. Пуск асинхронного двигателя с контактными кольцами

В тех случаях, когда необходимо сохранить при пуске большой пусковой вращающий момент, а также при большой частоте пусков и остановок двигателя применяют асинхронные двигатели с кон­тактными кольцами. Их пуск осуществляют при помощи пусково­го реостата, включенного последовательно с обмоткой ротора (рис. 9.17). Этим достигается увеличение активного сопротивления цепи ротора, что приводит, с одной стороны, к уменьшению пуско­вого тока до 1,5—2,5-кратной величины, а с другой стороны — кувеличению активной составляющей тока ротора , а сле­довательно, и к увеличению вращающего момента.

Процесс пуска асинхронного двигателя с контактными кольцами показан на диаграмме, приведенной на рис. 9.18. На диаграмме даны четыре кривые зависимости пускового момента от скольжения, которые соответствуют четырем фиксированным положениям пус­кового реостата.

В начальный момент пуска, когда пусковой реостат введен & цепь ротора двигателя полностью, начальный пусковой момент будет

Рис. 9.18. Диаграмма изменения вра­щающего момента в период пуска асинхронного двигателя с контакт­ными кольцами

равен MПУСК.МАКС По мере увеличения скорости двигателя пусковой момент будет изме­няться по кривой 4 до тех пор, пока не достигнет зна­чения МПУСК.МИН. При выклю­чении первой секции пус­кового реостата момент вновь возрастает до начальной ве­личины МПУСК.МАКС и по мере сильнейшего увеличения ско­рости вращения ротора бу­дет изменяться уже по кри­вой 3.

Когда будет выключена вторая секция пускового реостата, момент опять возрастает и станет изменяться по кривой 2. Наконец, при полностью выведенном из цепи ротора реостата, после нового его увеличения до максимальной величины, соот ветствующей режиму пуска,, будет меняться по кривой 1 до тех пор, пока он не уравняется с моментом нагрузки. После этого величина скольжения и число оборотов установятся постоянными.

Влияние отрицательных последствий прямого пуска асинхронного двигателя на двигатель, рабочий механизм и питающую сеть

Страница 2 из 2

 

Прямой пуск — самый распространенный метод пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Двигатель подключается непосредственно к питающей сети через пускатель. При этом асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором развивает высокий пусковой крутящий момент с относительно малым временем разгона. Этот метод обычно используется для двигателей малой и средней мощности, которые достигают полной рабочей частоты вращения за короткое время.

К недостаткам прямого пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором можно отнести:

— высокое потребление тока и соответствующее падение напряжения, что может повредить другим частям системы, подключенным к сети;

— интенсивное ускорение, которое оказывает негативное влияние на компоненты механических передач (ремни, цепи, механические соединения и т. д.), сокращая срок их службы.

Электродвигатель — во время пуска на холостом ходу, когда происходит активное сопротивление его роторной цепи, начинает выделяться тепловая энергия, которая равна кинетической энергии маховых масс, которые приводятся в движение, а во время пуска под нагрузкой количество выделяемой электрической энергии увеличивается.

Выделение электрической энергии в любой цепи выбранного статора чаще всего несколько больше, чем в роторной. Во время частых пусков и во время довольно тяжелых условиях пуска, когда все маховые массы приводимых в движение механизмов большие, часто возникает опасность что электродвигатель перегреется. Количество пусков асинхронного двигателя за один час, допустимое по условиям его нагрева, будет больше, чем будет меньше номинальная мощность двигателя и соответственно, чем меньше соединение с его валом. Во время подачи полного напряжения на выбранный статор любой асинхронной машины имеют место два отрицательных фактора, а точнее: — колебательно затухающий характер данного пускового момента двигателя, — довольно большая кратность начального пускового тока двигателя [3, 4].

Последствия действий данных факторов.

Электродвигатель имеет значительный по величине пусковой ток, что приводит к сильным просадкам напряжения на питающих шинах выбранной подстанции (во время соизмеримой мощности двигателя и трансформатора), что может нарушить работу других потребителей и самого двигателя (торможение/пуска). Большой пусковой ток может вызвать также приличные термические перегрузки обмотки, в результате чего может появиться возможность ускорения старения всей изоляции, ее повреждение, в результате может образоваться межвитковое короткое замыкание. Чувствительным колебанием момента двигателя на самом начальном этапе пуска, которые могут быть выше 4-5 кратного значения заранее заданного (номинального) момента, могут создать лишние проблемы для работы данного механизма (любой кинематической цепи, вплоть до скручивания всех валов). Именно поэтому метод пуска электродвигателя, который напрямую подключен к сети, имеет три очень серьёзные недостатки – влияние на сеть, на сам двигатель и на технологический процесс.

Влияние на питающую сеть. Во время питания от автономных генераторов, особенно в самом конце линии электрических передач, падение напряжения на внутреннем сопротивлении выбранного источника питания и данной линии во время протеканий достаточно больших пусковых токов электродвигателя может привести к просадке напряжения в целой сети, что, конечно, отрицательно сказывается на работе любого другого подключенного к ней оборудования (терминалы релейной защиты, связь, компьютеры, контроллеры и другие), а сам электродвигатель имеет шанс не запуститься по причине уменьшения его момента пропорционально квадрату данной просадки напряжения.

Влияние на сам электродвигатель. Самые пиковые броски тока, которые происходят в переходном процессе пуска (от 6 до 10 по отношению к заданному (номинальному)), могут привести к значительным нагрузкам на всех проводниках, которые расположены в лобовой части обмотки электрического двигателя, что в результате приводит к ослаблению бандажирования обмотки, преждевременному выходу электродвигателя из рабочего состояния и постепенному нарушению изоляции по причине короткого замыкания всех витков обмотки [1].

Влияние на технологический процесс. Самые пиковые моменты переменного знака, которые развиваются электродвигателем во время пуска (от 4 до 5 кратные по отношению к заданному (номинальному)), могут привести к медленному повышению зазоров в механических соединениях между механизмом и электродвигателем, кроме этого, в другом ряде случаев вредно сказываются на всем технологическом процессе. Где данные нагрузки крайне недопустимы (к примеру, магистральные конвейеры, когда осуществляется вытягивание приводного ремня, смесители и вентиляторы в случае опасности деформирования, системы транспортировки развешанных, поломка рабочих колес и насосов, хрупких или уложенных материалов во время их раскачивания, рассыпания или падения и тому подобное) [2].

Электродвигатель и преимущества плавного пуска.

Использование устройств плавного пуска дает возможность: устранить все рывки в механической части привода в момент останова и пуска электродвигателя; увеличить период службы электродвигателя; уменьшить вероятность перегрева электродвигателя; снизить ударные перегрузки с помощью уменьшения пусковых токов электродвигателя. Вместе с эффектом от плавного пуска данное устройство плавного пуска дает возможность уменьшить мгновенную активную используемую мощность, существенно уменьшить реактивную мощность, снизить шум, защитить электродвигатель, вибрацию и нагрев электродвигателя.

Литература

  1.      Соколовский Г. Г. Электроприводы переменного тока с частотным управлением. М.: Академия, 2006. 265 с.
  2.      Браславский И. Я., Ишматов З. Ш., Поляков В. Н. Энергосберегающий асинхронный электропривод. М.: Академия, 2004. 256 с.
  3.      Аметистова Е. В. Основы современной энергетики. М.: Издательский дом МЭИ, 2008. 632 с.
  4.      Бурман А. П. Строев В. А. Современная электроэнергетика. М.: Академия, 2004. 256 с.


Пуск трехфазных асинхронных двигателей | Эксплуатация электрических машин и аппаратуры | Архивы

Страница 10 из 74

  При включении трехфазных асинхронных двигателей в сеть возникает вопрос о схеме соединения фаз статорной обмотки. В коробке выводов двигателя обычно шесть концов от трех фаз, что позволяет включать двигатель на два разных напряжения. Выбор схемы соединения — звездой или треугольником фаз двигателя зависит от номинального напряжения сети и номинального напряжения двигателя.
Схему соединения нужно выбрать такую, чтобы на фазу статорной обмотки приходилось номинальное напряжение. Напряжение на фазе двигателя по схеме звезда в 1,73 раза меньше напряжения сети, а по схеме треугольник напряжение на фазе двигателя равно напряжению сети. Так, двигатель с напряжением 380/22С в по схеме звезда должен включаться в сеть с напряжением 380 в и по схеме треугольник — в сеть с напряжением 220 в.
Если выводы фаз имеют обозначения, то соединение по схеме звезда пли треугольник не представляет трудностей. Чтобы фазы соединить звездой, нужно концы С4, С5 и С6 соединить в одну точку, а к началам фаз С1, С2 и С3 подвести напряжение сети. Для соединения фаз обмотки двигателя в треугольник нужно конец одной фазы С4 соединить с началом другой фазы С2, а конец ее С5 соединить с началом третьей фазы С3, конец которой С6 соединить с началом первой фазы. В результате получается три точки (вершины): С1 — С6; С2 — C4 и С3 — С5 к которым подвести напряжение сети.
Труднее со схемами соединения фазных обмоток при отсутствии маркировки выводных концов.
Выводы фаз обмотки проходят через два отверстия в корпусе, в одном из них при правильном распределении выводов будут начала, в другом — концы фаз. Соединение обмотки в звезду в этом случае не представляет трудностей: нужно три вывода из любого отверстия соединить в одну точку. Для соединения схемы треугольником нужно с помощью контрольной лампы определить парные выводы, принадлежащие каждой фазе, и соединить треугольник, помня, что в данном отверстии три начала, в другом — три конца фаз.
Если через три отверстия в корпусе двигателя выходят по два вывода в каждом, один из которых является началом одной фазы, а другой концом следующей фазы, то для получения схемы треугольник необходимо попарно соединить выводы из каждого отверстия. Для соединения схемы в звезду нужно с помощью контрольной лампы определить выводы, принадлежащие каждой из фаз. Затем по одному выводу из каждого отверстия, принадлежащего трем разным фазам, надо соединить в одну точку.
В случае незамаркированных выводов обмотки, выходящих без всякой системы из корпуса двигателя, для правильного соединения схемы можно поступить следующим образом: контрольной лампой определяют выводы каждой фазы, произвольно придав им начало и конец. Далее соединяют соответствующую схему обмотки и включают двигатель в сеть. Если двигатель нормально «не разворачивается», то переключают (перевертывают) одну из фаз и подают питание. Если двигатель все же «не разворачивается», то перевернутую фазу включают по-старому, а другую фазу перевертывают и включают двигатель. После трех таких присоединений исправный асинхронный двигатель нормально «разворачивается».
Пусковые свойства асинхронных двигателей оценивают пусковыми характеристиками:
величиной пускового тока Iп или его кратностью К i, величиной пускового момента Мп или его кратностью продолжительностью и плавностью пуска; экономичностью пусковой операции, то есть сложностью схемы пуска; стоимостью пусковой аппаратуры.
Пуск асинхронных двигателей с фазным ротором осуществляют с помощью пускового реостата, включаемого в цепь роторной обмотки через щетки и контактные кольца при подключении к статору полного напряжения сети (рис. 33). Введение сопротивления в цепь ротора уменьшит пусковой ток и увеличит’ пусковой момент двигателя.
Пусковой реостат увеличивает общее активное и полное сопротивление роторной цепи. Поэтому уменьшается ток ротора при пуске, что уменьшает пусковой ток двигателя (в статоре).
Пусковой момент двигателя имеет выражение


Рис. 33. Схема пуска фазного асинхронного двигателя.

При наличии пускового реостата пусковой ток ротора уменьшается, cos Ψ2π за счет введенного активного сопротивления увеличивается. Кроме этого, несколько увеличивается магнитный поток вследствие уменьшения пускового тока. В результате пусковой момент двигателя увеличивается по сравнению с пуском без пускового реостата.
При разбеге двигателя скорость ротора увеличивается, скольжение, э. д. с. и ток ротора уменьшаются Это вызывает уменьшение момента двигателя. Чтобы не затягивать пуск, нужно выводить сопротивление пускового реостата отдельными ступенями (или плавно), чтобы ток ротора при пуске был бы примерно постоянным, а момент двигателя — близким к максимальному. После полного выведения пускового реостата контактные кольца коротко замыкаются и на этом пуск двигателя закапчивается. В двигателях средней и большой мощности есть щеткоподъемный механизм, с помощью которого поворотом рукоятки кольца замыкают накоротко и поднимают щетки.
Малый пусковой ток и большой пусковой момент — достоинство фазных асинхронных двигателей перед короткозамкнутыми.

Пуск асинхронных короткозамкнутых двигателей осуществляется при полном номинальном и пониженном напряжении на обмотке статора.
Прямой пуск короткозамкнутых двигателей (рис 34) характеризуется простотой операции. Для пуска достаточно подать напряжение на статорною обмотку включением рубильника, магнитного пускателя.
Существенный недостаток этого способа — большой пусковой ток, он превышает номинальный в 4—7 раз. Большой ток при прямом пуске асинхронного двигателя не опасен для обмотки статора, так как пусковой ток протекает кратковременно, температура нагрева обмотки не успевает достичь значительной величины.

Рис. 34. Схема прямого пуска короткозамкнутого двигателя.

Большой пусковой ток вызывает большую потерю напряжения в питающей сети. Колебание напряжения в сети отрицательно отражается на других потребителях этой сети, особенно это нежелательно при частых пусках двигателей. Включенные лампы сильно уменьшают свой накал, работающие двигатели уменьшают момент и могут остановиться, их перегрузочная способность уменьшается в зависимости от квадрата снижения напряжения. Кроме того, пускаемый двигатель при тяжелых условиях может «не развернуться». В связи с увеличением мощности источников питания и улучшением сетей прямой пуск короткозамкнутых асинхронных двигателей в настоящее время самый распространенный.
Другие способы пуска короткозамкнутых асинхронных двигателей вызывают уменьшение пускового тока, что достигается уменьшением напряжения на фазе статорной обмотки.

Реакторный способ пуска (рис. 35) осуществляется с применением индуктивного сопротивления. Запускают двигатель так.

Сначала замыкают рубильник 1, ток к статору течет через реактор. Величина пускового тока в этом случае меньше, чем при прямом пуске, так как к двигателю подводится пониженное напряжение за счет потери напряжения в сопротивлении реактора. После разворота ротора реактор шунтируют включением рубильника 2 и на двигатель подают полное напряжение сети.

Недостаток этого способа тот, что уменьшение пускового тока двигателя сопровождается значительным уменьшением пускового момента. Пусковой ток зависит от напряжения в первой степени, а пусковой момент — от квадрата напряжения. Например, если пусковой ток уменьшился в два раза, то пусковой момент уменьшится в четыре раза.

Для уменьшения пускового тока с помощью реактора в общем случае в а раз в сравнении с током прямого пуска двигателя сопротивление реактора подсчитывают по формуле:

где ф — номинальное фазное напряжение двигателя;
Iп — ток двигателя при прямом пуске.

Рис 36. Схема автотрансформаторного пуска двигателя: 1, 2, 3 рубильники.

Реакторный пуск применяют там, где важно уменьшить пусковой ток, а величина пускового момента не имеет существенного значения.

Автотрансформаторный способ пуска осуществляется от трехфазного автотрансформатора (рис. 36).
Пускают двигатель в такой последовательности. Замыкают рубильник 1, часть обмотки автотрансформатора в этом случае как реактор, двигатель начинает вращаться, если момент сопротивления небольшой.
Затем замыкают рубильник 3, соединяющий звездой обмотки автотрансформатора, и к статору подводят напряжение меньше, чем в сети, в коэффициент трансформации Ка раз. Когда двигатель «развернется» до полного числа оборотов, размыкают рубильник 3 и замыкают рубильник 2 и к двигателю подводят полное напряжение сети.


Рис. 37. Схема пуска асинхронного двигателя переключением обмотки статора со звезды на треугольник.

Автотрансформатор позволяет уменьшить пусковой ток, который потребляет двигатель из сети в К раз. Напряжение на статорной обмотке уменьшается в Ка раз, а пусковой момент в К а раз, то есть при автотрансформаторном пуске ток и момент уменьшаются в одинаковой мере, что выгодно отличает его от реакторного пуска.
Автотрансформатор используют очень кратковременно, в период пуска. Поэтому плотность тока в его обмотках можно допускать значительно большую, чем при работе в обычном режиме. Сложность схемы и большая стоимость аппаратуры ограничивают применение автотрансформаторного пуска лишь двигателями большой мощности.


Рис. 38. Короткозамкнутые двигатели с улучшенными пусковыми свойствами:
а — паз двигателя с двойной клеткой и потоки рассеяния; б — паз двигателя с глубоким пазом и потоки рассеяния; в — распределение пускового тока в стержнях глубокопазного двигателя.

Пуск переключением обмотки статора со звезды на треугольник (рис. 37) применяют для двигателей, работающих при соединении треугольником. Перед пуском двигателя переключатель П ставят в положение звезды, обмотка статора оказывается соединена звездой. Затем включают рубильник Р и двигатель «раскручивается». После того как ротор двигателя развернется до скорости, близкой к номинальной, переключатель быстро переводят в положение треугольник.
Этот способ пуска уменьшает пусковой ток в три раза, но и пусковой момент уменьшается также в три раза. Пуск двигателя переключением статорной обмотки со звезды на треугольник равноценен автотрансформаторному пуску с коэффициентом трансформации автотрансформатора 1,73. Значительное снижение пускового момента ограничивает применение этого способа лишь для двигателей, пускаемых в холостую или под очень незначительной нагрузкой.
В ряде случаев пусковые характеристики асинхронных двигателей с нормальной клеткой не удовлетворяют требования, что привело к созданию двигателей с улучшенными пусковыми свойствами, большим пусковым моментом при малом пусковом токе.

Двигатели с двойной клеткой.

 Ротор такого двигателя с двумя клетками: наружной (пусковой) и внутренней (рабочей), отделенные узкой щелью (рис. 38).
Пусковую клетку делают малого сечения из бронзы или латуни. Рабочую клетку делают большого сечения из меди. Как видно из распределения потоков рассеяния (рис. 38, а), пусковая обмотка обладает малым, рабочая — большим индуктивным сопротивлением.
При пуске момент двигателя обусловлен главным образом пусковой клеткой. По мере разбега двигателя частота в роторе уменьшается, снижается индуктивное сопротивление. Токи в клетках распределяются обратно пропорционально активным сопротивлениям: в рабочей клетке больше, чем в пусковой. В рабочем режиме момент двигателя обусловлен главным образом током нижней клетки. В момент включения двигателя в сеть, когда частота в роторе равна частоте сети, в рабочей клетке за счет большого индуктивного сопротивления ток небольшой, а в пусковой обмотке за счет большего активного сопротивления ток малый. Сравнительно малые токи в роторе обусловливают не очень большой ток статорной обмотки при пуске двигателя. Двигатели с двойной клеткой имеют кратность пускового тока Кi =3—5,5 и кратность пускового момента Кп = 1—3.

Двигатели с глубоким пазом

Двигатели с глубоким пазом имеют узкие и высокие стержни, уложенные в соответствующего сечения пазы ротора (рис. 38, б). В глубоком пазу отдельные элементы стержня по его высоте сцеплены с разным потоком рассеяния, что приводит к вытеснению тока из нижней в верхнюю часть стержня (рис. 38, в). Вытеснение тока тем эффективнее, чем больше частота в роторе. В момент пуска двигателя частота в роторе равна частоте сети. Поэтому вследствие вытеснения ток будет протекать, главным образом в верхней части стержня. В этом случае активно используют лишь часть поперечного сечения стержня, активное сопротивление роторной обмотки возрастает, что равноценно введению сопротивления в цепь ротора в фазном двигателе. По этой причине уменьшается пусковой ток и увеличивается пусковой момент. По мере раскручивания ротора частота уменьшается, вытеснение тока ослабевает, он начинает протекать по все большему сечению стержня, что эквивалентно уменьшению активного сопротивления роторной цепи, как это бывает при выведении сопротивления пускового реостата е фазном двигателе. В рабочем режиме, когда частота в роторе равна нескольким герцам, вытеснение тока практически отсутствует и двигатель работает как обычный короткозамкнутый.
Пусковые свойства глубокопазных двигателей несколько хуже, чем двухклеточных: при одинаковой кратности пускового тока кратность пускового момента глубокопазного двигателя меньше, чем двухклеточного.
Двигатели с улучшенными пусковыми свойствами имеют и недостатки: пониженные cos φ и перегрузочная способность из-за большей индуктивности роторной обмотки; пониженный к. п. д. из-за большого активного сопротивления роторной обмотки.

« Опытное изучение способов пуска трехфазного асинхронного двигателя».

⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 24Следующая ⇒

Цель: Сформировать умение пускать в ход асинхронные двигатели под нагрузкой или без нее.

 

По окончании выполнения лабораторной работы студент должен

знать:

— пусковые свойства трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором;

— способы пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором;

— способы регулирования частоты вращения трехфазного асинхронного двигателя

уметь:

— собирать электрические схемы для управления пуском и реверсом асинхронного двигателя.

 

Основные теоретические положения:

Вопросы, связанные с пуском в ход электрических двигателей, имеют большое практическое значение. При их разрешении приходится считаться с условиями работы сети, к которой приключается двигатель, и с требованиями, которые предъявляются к электроприводу. Под электроприводом понимается устройство, состоящее из электродвигателя вместе с относящейся к нему аппаратурой и предназначенное для приведения во вращение рабочей машины (какого-либо станка, насоса, вентилятора, экскаватора, прокатного стана, конвейера и др.).

Для оценки пусковых свойств электродвигателя установлены следующие основные показатели:

1) начальный пусковой ток Iнач или его кратность Iнач/Iн;

2) начальный пусковой момент Мнач или его кратность Мнач/Мн.

Кроме того, в ряде случаев имеет значение продолжительность разбега двигателя вместе с приводимым им во вращение механизмом и иногда плавность разбега.

Пуск непосредственным включением в сеть (рисунок 27). Этот способ пуска, отличаясь простотой, имеет существенный не­достаток: в момент подключения двигателя к сети в обмотке ста­тора возникает большой пусковой ток, в 5-7 раз превышающий номинальный ток двигателя. При небольшой инерционности исполнительного механизма частота вращения двигателя быстро достигает установившегося значения и пусковой ток также быстро спадает, не вызывая перегрева обмотки статора. Но такой значи­тельный бросок тока в питающей сети может вызвать в ней замет­ное падение напряжения. Однако этот способ пуска благодаря своей простоте получил наибольшее применение для двигателей мощностью до 38-50 кВт и более (при достаточном сечении жил токоподводящего кабеля). При необходимости уменьшения пуско­вого тока двигателя применяют какой-либо из способов пуска короткозамкнутых двигателей при пониженном напряжении.

Рисунок 27 – Схема непосредственного включения в сеть (а) и графики изменения тока и момента при пуске (б) асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

 

Пуск при пониженном напряжении. Пусковой ток двигателя пропорционален подведенному напряже­нию U1, уменьшение которого вызывает соответствующее умень­шение пускового тока. Существует несколько способов пониже­ния подводимого к двигателю напряжения. Рассмотрим некоторые из них.

Для асинхронных двигателей, работающих при соединении обмоток статора треугольником, можно применить пуск переключением обмотки статора со звезды на треугольник (рисунок 28, а). В момент подключения двигателя к сети переключатель ставят в положение «звезда», при котором обмотка статора оказывается соединенной в звезду. При этом фазное напряжение на статоре понижается в  раз. Во столько же раз уменьшается и ток в фаз­ных обмотках двигателя (рисунок 28, б). Кроме того, при соединении обмоток звездой линейный ток равен фазному, в то время как при соединении этих же обмоток треугольником линейный ток больше фазного в  раз. Следовательно, переключив обмотки статора звездой, мы добиваемся уменьшения линейного тока в ( )2 = 3 раза.

 

 

Рисунок 28 – Схема включения (а) и графики изменения мо­мента и тока (фазного) при пуске (б) асинхронного двига­теля с короткозамкнутым ротором переключением обмот­ки статора со звезды на треугольник

 

После того как ротор двигателя разгонится до частоты вра­щения, близкой к установившейся, переключатель быстро перево­дят в положение «треугольник» и фазные обмотки двигателя ока­зываются под номинальным напряжением. Возникший при этом бросок тока до значения I/пΔ является незначительным.

Рассмотренный способ пуска имеет существенный недостаток — уменьшение фазного напряжения в  раз сопровождается уменьшением пускового момента в три раза, так как, пусковой момент асинхронного двигателя прямо пропор­ционален квадрату напряжения U1. Такое значительное уменьше­ние пускового момента не позволяет применять этот способ пуска для двигателей, включаемых в сеть при значительной нагрузке на валу.

Описанный способ понижения напряжения при пуске приме­ним лишь для двигателей, работающих при соединении обмотки статора треугольником. Более универсальным является способ с понижением подводимого к двигателю напряжения посредством реакторов (реактивных катушек — дросселей). Порядок включения двигателя в этом случае следующий (рисунок 29, а). При разомкнутом рубильнике 2 включают рубильник 7. При этом ток из сети поступает в обмотку статора через реакторы Р, на которых происходит падение напряжения j хр (где хр — индуктивное сопротивление реактора, Ом). В резуль­тате на обмотку ста­тора подается пони­женное напряжение.


После разгона ро­тора двигателя включают рубиль­ник 2, и подводимое к обмотке статора напряжение оказы­вается номиналь­ным.

Недостаток это­го способа пуска состоит в том, что уменьшение напряжения в U/1/ U1ном раз сопровождается уменьшением пускового момента Мп в (U/1/ U1ном)2 раз.

 

Рисунок 29 – Схемы реакторного (а) и автотранс­форматорного (б) способов пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором

 

При пуске двигателя через понижающий автотрансформа­тор (рисунок 29, б) вначале замыкают рубильник 1, соединяющий обмотки автотрансформатора звездой, а затем включают рубиль­ник 2 и двигатель оказывается подключенным на пониженное напряжение U/1. При этом пусковой ток двигателя, измеренный на выходе автотрансформатора, уменьшается в КА раз, где КА — ко­эффициент трансформации автотрансформатора. Что же касается тока в питающей двигатель сети, т. е. тока на входе автотрансформатора, то он уменьшается в К2А раз по сравнению с пусковым током при непосредственном включении двигателя в сеть. Дело в том, что в понижающем автотрансформаторе первичный ток меньше вторичного в КА раз и поэтому уменьшение пускового тока при автотрансформаторном пуске составляет КАКА = К2А раз. Например, если кратность пускового тока асинхронного двигателя при непосредственном его включении в сеть составляет Iп/I1ном = 6 , а напряжение сети 380 В, то при автотрансформатор­ном пуске с понижением напряжения до 220 В кратность пусково­го тока в сети I/п/ I1ном = 6/ (380/220)2 = 2 .

После первоначального разгона ротора двигателя рубильник 1 размыкают и автотрансформатор превращается в реактор. При этом напряжение на выводах обмотки статора несколько повышается, но все же остается меньше номинального. Включением ру­бильника 3 на двигатель подается полное напряжение сети. Таким образом, автотрансформаторный пуск проходит тремя ступенями: на первой ступени к двигателю подводится напряжение U1 = (0,50÷0,60)U1ном, на второй — U1 = (0,70÷0,80)U1ном и, наконец, на третьей ступени к двигателю подводится номинальное напря­жение U1ном.

Как и предыдущие способы пуска при пониженном напряже­нии, автотрансформаторный способ пуска сопровождается умень­шением пускового момента, так как значение последнего прямо пропорционально квадрату напряжения. С точки зрения уменьше­ния пускового тока автотрансформаторный способ пуска лучше реакторного, так как при реакторном пуске пусковой ток в пи­тающей сети уменьшается в U/1/ U1ном раз, а при автотрансформа­торном – в (U/1/ U1ном)2 раз. Но некоторая сложность пусковой операции и повышенная стоимость пусковой аппаратуры (пони­жающий автотрансформатор и переключающая аппаратура) не­сколько ограничивают применение этого способа пуска асинхрон­ных двигателей.

 

Порядок выполнения работы:

1. Выполнить задание лабораторной работы.

2. Составить отчет.

3. Ответить на контрольные вопросы.

Ход работы:

Зарисуйте возможные схемы пуска асинхронного электродвигателя (рисунок 30).

 

 

Рисунок 30 – Схемы пуска асинхронного электродвигателя

 

Схемы соединений обмотки статора асинхронного электродвигателя в «звезду» и «треугольник» представлены на рисунке 31.

 

Рисунок 31 – Схемы соединений обмотки статора асинхронного электродвигателя: а) в «звезду»; б) в «треугольник»

 

Электрическая схема стенда представлена на рисунке 32.

 

Рисунок 32 – Электрическая схема стенда

Задание.

— Убедиться в том, что стенд отключен от сети питания и заземлен, все соединения на нём выполнены согласно схеме (рисунок 32).

— Рукоятку переключателя выставить в положение «звезда», при котором обмотка статора оказывается соединенной в звезду.

— Включить питание стенда, замкнув контакты автомата питания.

— Нажать на кнопку «Пуск» кнопочного поста стенда.

— Измерить напряжение на электродвигателе вольтметром стенда.

— После разгона ротора электродвигателя до частоты вращения, близкой к номинальной, рукоятку переключателя выставить в положение «треугольник».

— Измерить напряжение на двигателе вольтметром стенда.

— Убедиться в разнице измеренных напряжений в  раз, что свидетельствует о реализации пуска при пониженном напряжении.

— Отключить питание электродвигателя кнопкой «Стоп» кнопочного поста. Отключить автомат питания стенда.

Контрольные вопросы:

1. Перечислите способы пуска асинхронного двигателя.

2. Какими показателями характеризуются пусковые свойства асинхронных дви­гателей?           

3. Каковы достоинства и недостатки пусковых свойств асинхронных двигателей?

4. Как лучше, с точки зрения улучшения пусковых свойств, уменьшить пуско­вой ток: снижением подводимого к двигателю напряжения или увеличением активного сопротивления в цепи обмотки ротора?

5. Каковы достоинства и недостатки пуска асинхронных двигателей непосред­ственным включением в сеть?

6. Какие существуют способы пуска асинхронных двигателей при пониженном напряжении?

7. В чем сущность эффекта вытеснения тока и почему он возникает при пуске двигателя и почти исчезает при его работе?

8. Почему бутылочная форма паза ротора способствует лучшему проявлению эффекта вытеснения тока?

9. Перечислите способы регулирования частоты вращения асинхронных двига­телей и дайте им сравнительную оценку.

10. Почему при частотном регулировании частоты вращения одновременно с частотой тока необходимо изменять напряжение?

 

 

Лабораторная работа №6




Рабочие токи асинхронных двигателей. Подключение и пусковые токи асинхронного двигателя

Приветствую вас, дорогие читатели. Прежде чем разобраться со способами подключения и характеристиками токов асинхронных двигателей, не лишним будет напомнить, что это такое.

Двигатель асинхронного типа представляет собой особый тип машины, преобразующей электрическую энергию в механическую. Основным принципом работы такого устройства считаются следующие свойства.Проходя через обмотки статора, переменный ток, состоящий из трех фаз, создает условия для возникновения вращающегося магнитного поля. Это поле заставляет ротор вращаться.

Естественно, при подключении двигателя необходимо учитывать все эти факторы, ведь ротор будет вращаться в том направлении, в котором вращается магнитное поле. Однако скорость вращения ротора ниже скорости вращения поля возбуждения. По конструкции эти машины очень разные (то есть предназначены для работы в разных условиях).

Как рабочие, так и пусковые характеристики таких устройств значительно превосходят характеристики однофазных двигателей.

Любой из этих двигателей имеет две основные части — подвижную (ротор) и неподвижную (статор). Обе части имеют обмотки. Различие между ними может быть только в типе обмотки ротора: он может иметь роторные кольца или быть короткозамкнутым. Подключение двигателей с короткозамкнутым ротором и мощностью до двухсот киловатт производится непосредственно в сеть. Двигатели большей мощности необходимо подключать сначала к более низкому напряжению и только потом переключать на номинальное значение (чтобы в несколько раз уменьшить пусковой ток).

Подключение асинхронного двигателя

Обмотка статора практически любого такого устройства имеет шесть выводов (из них три начала и три конца). В зависимости от того, какая сеть питания двигателя, эти выводы соединяются либо в «звезду», либо в «треугольник». Для этого на корпусе каждого двигателя имеется короб, в котором выведены начальные и конечные провода обмоток (они обозначены соответственно С1, С2, С3 и С4, С5, С6).

Соединение звездой

Так называется способ соединения обмоток, при котором все три обмотки имеют одну общую точку (нейтраль).Линейное напряжение такого соединения в 1,73 раза выше фазного напряжения. положительное качество Этот тип подключения считается малым пусковым током, хотя потери мощности довольно значительны.

Способ соединения треугольником отличается тем, что при этом способе соединение производится таким образом, что конец одной обмотки становится началом следующей.

Соединение треугольником

При этом фазное и линейное напряжения одинаковы, поэтому при линейном напряжении 220 вольт правильным соединением обмоток будет треугольник.Положительная сторона такого подключения — большая мощность, а отрицательная — большие пусковые токи.

Для реверсирования (изменения направления вращения) трехфазного асинхронного двигателя достаточно поменять местами выводы двух его фаз. На производстве это делается с помощью пары магнитных пускателей с зависимым включением.

Значительные пусковые токи для асинхронных двигателей крайне нежелательны, так как могут привести к эффекту отсутствия напряжения для других видов оборудования, подключенного к той же сети.Это послужило причиной того, что при подключении и регулировке двигателей данного типа возникает задача минимизации пусковых токов и повышения плавности пуска двигателей за счет использования специализированного оборудования. Наиболее эффективным типом таких устройств являются устройства плавного пуска и преобразователи частоты. Одним из наиболее ценных их качеств является то, что они способны поддерживать пусковой ток двигателя довольно длительное время (обычно более минуты).

Помимо стандартного способа включения двигателей асинхронного типа существуют также способы включения их в сеть электроснабжения, имеющую только одну фазу.

Емкостный пуск асинхронного двигателя

Для этого в основном используется конденсаторный способ включения. Конденсатор может быть установлен как один, так и парой (один пусковой, а второй рабочий). Пара кондеров устанавливается, когда есть необходимость изменить емкость при пуске, что осуществляется подключением или отключением одного из кондеров (пускателя). Для этого, как правило, используют емкости из бумаги, так как они не имеют полярности, а при работе на переменном токе это очень важно.

Для расчета рабочего конденсатора существует следующая формула:

Пусковой конденсатор должен иметь емкость в два-три раза превышающую рабочую емкость и рабочее напряжение в полтора раза превышающее напряжение питания.

Пусковой и рабочий конденсаторы соединены параллельно, причем так, что шунтирующее сопротивление подключено параллельно пусковому, а пусковой кондер включен с одного конца через ключ. При запуске двигателя ключ замыкают, повышая пусковой ток, затем размыкают.

Однако нельзя забывать, что не каждый двигатель можно подключить к однофазной сети. К тому же мощность двигателя при таком подключении будет всего 0,5-0,6 от мощности трехфазного подключения.

Пусковые токи асинхронных двигателей

Теперь приведу таблицу допустимых значений токов холостого хода трехфазных двигателей:

Мощность электродвигателя, кВт Ток холостого хода, в процентах от номинального,
при частоте вращения, об/мин
3000 1500 1000 750 600 500
0.12 – 0,55 60 75 85 90 95

Перед измерением тока на двигателях их необходимо обкатать (проверено на холостом ходу 30-60 минут — двигатели мощностью менее 100 кВт и от 2 часов для двигателей мощностью выше 100 кВт). Эта таблица носит справочный характер, поэтому реальные данные могут отличаться от этих процентов на 10-20%.

Пусковые токи двигателя можно рассчитать по следующей паре формул:

Iн=1000Рн/(Un*cosФ*√nн),

где Рн – номинальная мощность двигателя, Un – номинал его напряжения, nн – номинал его КПД.

, где В — номинальный ток, а Кр — кратность постоянного тока к номиналу (обычно указывается в паспорте двигателя).

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то упустил. Загляните, буду рад, если найдете еще что-то полезное на моем. Всего наилучшего.

Содержание:

При работе с различными электроприборами часто возникает вопрос, что такое пусковой ток. В самом простом варианте ответом будет сила тока, которая требуется при запуске электродвигателя или другого устройства.Его значение может в несколько раз превышать номинальное значение, необходимое для нормальной стабильной работы. Таким образом, чтобы вращать ротор, электродвигатель должен потреблять гораздо больше энергии, чем при работе с постоянной скоростью. Снизить пусковые токи можно с помощью специальных систем демпфирования и устройств плавного пуска.

Пусковые токи электродвигателей

В каждом устройстве, устройстве или механизме существуют процессы, называемые пусковыми. Особенно это заметно в начале движения, когда нужно отойти.В этот момент для первоначального толчка требуется гораздо большее усилие, чем при дальнейшей работе этого механизма.

Точно такие же явления воздействуют на электрические устройства-электродвигатели, электромагниты, лампы и другие. Наличие запускаемых процессов в каждом из них зависит от состояния рабочих элементов. Например, нить накаливания обычной лампочки в холодном состоянии имеет сопротивление, которое значительно меньше, чем при нагреве в рабочем режиме до 1000 0 С. То есть для лампы мощностью 100 Вт сопротивление накала при работе будет около 490 Ом, а в выключенном состоянии этот показатель падает до 50 Ом.Поэтому при большом пусковом токе иногда перегорают лампочки. От общего выгорания их спасает сопротивление, которое увеличивается при нагреве. Постепенно он достигает постоянного значения и помогает ограничить рабочий ток до нужного значения.

Влияние пусковых токов в полной мере сказывается на всех типах электродвигателей, которые широко используются во многих областях. Для правильной эксплуатации электроприводов необходимо знать их пусковые характеристики. Есть два основных параметра, влияющих на пусковой ток.Скольжение является связью между скоростью вращения ротора и скоростью вращения электромагнитного поля. Уменьшение скольжения происходит от 1 до минимума по мере увеличения скорости. Пусковой момент – второй параметр, определяющий степень механической нагрузки на вал. Эта нагрузка имеет максимальное значение в момент пуска и становится номинальной после полного разгона механизма.

Следует учитывать особенности асинхронных электродвигателей, которые при пуске становятся эквивалентными трансформатору с короткозамкнутой вторичной обмоткой.Он имеет очень малое сопротивление, поэтому значение пускового тока при скачке может достигать многократного превышения по сравнению с номинальным значением. В процессе дальнейшей подачи тока на обмотки сердечник ротора начинает постепенно насыщаться магнитным полем. Возникает ЭДС самоиндукции, под действием которой начинает расти индуктивное сопротивление цепи. С началом вращения ротора коэффициент скольжения уменьшается, то есть начинается фаза разгона двигателя.При увеличении сопротивления пусковой ток снижается до стандартных значений.


В процессе эксплуатации может возникнуть проблема, связанная с повышенными пусковыми токами. Причиной их возникновения, чаще всего, являются перегрев электродвигателей, перегрузки электрических сетей в момент пуска, а также ударные механические нагрузки в присоединяемых устройствах и механизмах, таких как редукторы и др. Для решения этой проблемы предусмотрены специальные устройства, представленные частотными преобразователями и устройствами плавного пуска.Их подбирают с учетом особенностей работы конкретного электродвигателя. Например, они в основном используются для агрегатов, подключенных к вентиляторам. С их помощью пусковой ток ограничивается двумя номиналами. Это вполне нормальный показатель, так как при нормальном пуске ток превышает номинальное значение в 5-10 раз. Ограничение достигается изменением напряжения в обмотках.

Обычные двигатели переменного тока

нашли широкое применение в промышленном производстве благодаря очень простой конструкции и невысокой стоимости.Серьезным их недостатком считается тяжелый пуск, чему значительно облегчают преобразователи частоты. Наиболее ценным качеством этих устройств является способность поддерживать пусковой ток в течение одной минуты и более. Самые современные устройства позволяют не только регулировать пуск, но и оптимизировать его по заранее заданным характеристикам.

Пусковой ток батареи

Аккумулятор не зря считается одним из важных элементов автомобиля. Его основная функция заключается в подаче напряжения на существующее электрооборудование.В основном это стартер, осветительные и другие устройства. Чтобы успешно решить эту задачу, батарея должна не только накапливать, но и долго хранить заряд.


Одним из основных параметров батареи является пусковой ток. Это значение соответствует параметрам тока, протекающего в пускателе в момент его пуска. Пусковой ток напрямую связан с режимом работы автомобиля. Если транспортное средство используется очень часто, особенно в холодных условиях, в этом случае аккумулятор должен иметь большой пусковой ток.Его номинальный параметр обычно соответствует мощности источника питания, выдаваемой в течение 30 секунд при температуре минус 18 0 С. Он появляется в тот момент, когда поворачивается ключ в зажигании и начинает работать стартер. Текущее значение измеряется в амперах.

Пусковые токи могут быть совершенно разными для одинаковых по внешнему виду и основным характеристикам аккумуляторов. На этот фактор существенное влияние оказывают физические свойства материалов для изготовления и конструктивные особенности каждого изделия.Например, увеличение силы тока можно наблюдать, если свинцовые пластины становятся пористыми, увеличивается их количество, применяется ортофосфорная кислота. Завышенное значение тока не оказывает негативного влияния на оборудование, а только способствует повышению надежности пуска.

Общий ток нагрузки Ia, подаваемый на двигатель, рассчитывается по следующим формулам:

, где
Ia: общий ток (А)
Pn: номинальная мощность (кВт)
U: междуфазное напряжение для трехфазного двигателя и напряжение между клеммами для однофазного двигателя (В).Однофазные двигатели могут быть подключены к фазному или линейному напряжению
η: КПД, т. е. выходная мощность (кВт) / входная мощность (кВт)
cos φ : коэффициент мощности, т. е. входная мощность (кВт) / входная мощность (кВА)

Максимальный ток и уставка защиты

  • Пиковое значение сверхпереходного тока может быть чрезвычайно высоким. Обычно это значение в 12-15 раз превышает среднеквадратичное номинальное значение Inm. Иногда это значение может до 25 раз превышать значение Inm.
  • Автоматические выключатели, контакторы и тепловые реле предназначены для пуска двигателей при очень высоких переходных токах (субпереходный пик может превышать среднеквадратичное номинальное значение Inm в 19 раз).
  • В случае внезапных срабатываний максимальной токовой защиты при пуске это означает, что пусковой ток выходит за пределы нормы. В результате могут быть достигнуты предельные значения параметров распределительных устройств, может сократиться срок службы и даже некоторые устройства могут выйти из строя. Во избежание такой ситуации необходимо рассмотреть вопрос о повышении номинальных параметров распределительных устройств.
  • Распределительные устройства предназначены для защиты пускателей электродвигателей от короткого замыкания.В зависимости от риска в таблицах показаны комбинации автоматического выключателя, контактора и теплового реле для обеспечения координации типа 1 или 2.

Пусковой ток двигателя

Хотя рынок предлагает двигатели с высоким КПД, на практике их пусковые токи примерно такие же, как у стандартных двигателей.

Использование пускателей треугольником, статических устройств плавного пуска или приводов с регулируемой скоростью может снизить пусковой ток (например, 4 лА вместо 7,5 лА).

Компенсация реактивной мощности (квар), подаваемой на асинхронные двигатели

Как правило, по техническим и финансовым причинам выгоднее уменьшить ток, подаваемый на асинхронные двигатели.Этого можно добиться за счет использования конденсаторов, не влияющих на выходную мощность двигателей.

Применение этого принципа для оптимизации работы асинхронных двигателей называется «улучшением коэффициента мощности» или «компенсацией реактивной мощности».

Как обсуждалось в главе Компенсация реактивной мощности и фильтрация гармоник, полная мощность (кВА), подаваемая на двигатель, может быть значительно снижена за счет параллельного подключения конденсаторов. Уменьшение входной полной мощности означает соответствующее уменьшение входного тока (поскольку напряжение остается постоянным).

Компенсация реактивной мощности особенно рекомендуется для двигателей с длительными периодами работы на пониженной мощности.

Как указано выше,

Следовательно, уменьшение входной полной мощности (кВА) приводит к увеличению (т. е. улучшению) значения cos φ.

Ток, подаваемый на двигатель после компенсации реактивной мощности, рассчитывается по формуле:

где: cos φ – коэффициент мощности до компенсации, cos φ’ – коэффициент мощности после компенсации, Ia – начальный ток.

Рис. Ниже А4 приведены (в зависимости от номинальной мощности двигателя) стандартные значения тока для нескольких питающих напряжений.

кВт л.с. 230 В 380 — 415 Б 400Б 440 — 480 В 500Б 690Б
А А А А А А
0,18
0,25
0,37


1,0
1,5
1,9


0,6
0,85
1,1


0,48
0,68
0,88
0,35
0,49
0,64

0,55
1/2

3/4

2,6
1,3

1,8

1,5
1,1

1,6

1,2

0,87

0,75
1,1
1


3,3
4,7
2,3


1,9
2,7
2,1


1,5
2,2

1,1
1,6


1,5
1-1/2
2


6,3
3,3
4,3


3,6
3,0
3,4


2,9


2,1
2,2

3,0

3
8,5

11,3

6,1
4,9

6,5

4,8
3,9

5,2
2,8

3,8
3,7
4
5,5



15
20

9,7

8,5
11,5

7,6

6,8
9,2

4,9
6,7


7,5
7-1/2
10


27
14,0
18,0


15,5
11,0
14,0


12,4


8,9
11


15
20
38,0


27,0
34,0
22,0


21,0
27,0
17,6

12,8

15
18,5


25
51
61


44
39
35


34
23
28
17
21
22


30
40
72


51
66
41


40
52
33

24

30
37


50
96
115


83
55
66


65
44
53
32
39

45
55
60


140
169
103


80
97
77


64
78

47
57


75
75
100


230
128
165


132
96
124


106


77
90

110

125
278

340

208
160

195

156
128

156
93

113

132
150

200

400
240

320

230
180

240

184

134
150
160
185



487



280



224

162

200
220
250


609
403


350
302


280

203

250
280
300


748
482


430
361


344

250


300
350
400


560
636


414
474




315

335

540
940



540


515
432

313 ​​

355

375

500
1061


786
610


590
488

354

400
425
450


1200



690



552

400

475
500
530



1478



850



680

493
560
600
630


1652

1844


950

1060


760

848
551

615
670
710
750



2070



1190



952

690
800
850
900


2340

2640


1346

1518


1076

1214
780

880
950
1000


2910


1673


1339

970

Рис.А4: Номинальная мощность и ток

Ток, необходимый для запуска двигателя, называется пусковым током. Как правило, пусковые токи электродвигателей в несколько раз превышают токи, необходимые для нормально-установившейся работы.

Рисунок 1. Асинхронный двигатель Большой пусковой ток асинхронного двигателя необходим для того, чтобы раскрутить ротор с места, что требует приложения гораздо большей энергии, чем для дальнейшего поддержания постоянного числа оборотов.Стоит отметить, что, несмотря на совершенно иной принцип действия, однофазные двигатели постоянного тока также отличаются высокими пусковыми токами.

Высокие пусковые токи для двигателей нежелательны, так как могут привести к кратковременному отключению питания другого оборудования, подключенного к сети (просадки напряжения). Поэтому при подключении и регулировке двигателей переменного тока (наиболее распространенных в промышленности) всегда стоит задача минимизировать значения пусковых токов, а также повысить плавность пуска двигателя за счет применения специального дополнительного оборудования. .Такие меры также позволяют снизить уровень затрат на пуск электродвигателя (использовать провода меньшего сечения, стабилизаторы и ДЭС меньшей мощности и т.п.).

Одной из наиболее эффективных категорий устройств, облегчающих трудные условия пуска, являются устройства плавного пуска и преобразователи частоты. Особенно ценно их свойство сохранять пусковой ток двигателей переменного тока в течение длительного периода — более минуты. Также пусковой ток асинхронного электродвигателя можно уменьшить, введя в обмотку ротора внешнее сопротивление.

Расчет пускового тока асинхронного электродвигателя

Расчет пускового тока электродвигателя может потребоваться для подбора подходящих автоматических выключателей, способных защитить линию включения данного электродвигателя, а также для выбора подходящего по параметрам. дополнительное оборудование (генераторы и т.д.).

Расчет пускового тока электродвигателя осуществляется в несколько этапов:

Определение номинального тока трехфазного двигателя переменного тока по формуле: Iн=1000Pн/(Uн*cosφ*√ηн).Здесь Rn — номинальная мощность двигателя, Un выступает в роли номинального напряжения, а ηn — номинальный КПД. Cosφ – номинальный коэффициент мощности электродвигателя. Все эти данные можно найти в технической документации на двигатель.

Расчет пускового тока по формуле Istart = In*Kstart. Здесь In – значение номинального тока, а Start – отношение постоянного тока к номинальному значению, что также должно быть указано в технической документации на электродвигатель.

Точно зная пусковые токи электродвигателей, можно правильно подобрать автоматические выключатели, которые защитят линию коммутации.

Рабочие токи асинхронных двигателей. Подключение и пусковые токи асинхронного двигателя

Приветствую вас, дорогие читатели. Прежде чем разобраться со способами подключения и характеристиками токов асинхронных двигателей, не лишним будет вспомнить, что это такое.

Асинхронный двигатель — это особый тип машины, которая преобразует электричество в механическую энергию.Основным принципом работы такого устройства принято считать следующие свойства. Проходя через обмотки статора, переменный ток, состоящий из трех фаз, создает условия для возникновения вращающегося магнитного поля. Именно это поле заставляет вращаться ротор.

Естественно, при подключении двигателя необходимо учитывать все эти факторы, ведь ротор будет вращаться в том направлении, в котором вращается магнитное поле. Однако скорость ротора ниже скорости движущегося поля.По конструкции эти машины очень разные (то есть предназначены для работы в разных условиях).

Как рабочие, так и пусковые характеристики таких устройств значительно превосходят аналогичные показатели однофазных двигателей.

Любой из этих двигателей имеет две основные части — подвижную (ротор) и неподвижную (статор). На обеих частях есть обмотки. Отличие между ними может быть только в типе обмотки ротора: он может иметь роторные кольца, либо быть короткозамкнутым. Двигатели с короткозамкнутым ротором и мощностью до двухсот киловатт подключаются к сети напрямую.Двигатели большей мощности необходимо подключать сначала к пониженному напряжению и только потом переводить на номинальное (чтобы в несколько раз уменьшить пусковой ток).

Подключение асинхронного двигателя

Обмотка статора практически любого такого устройства имеет шесть выводов (из них три начала и три конца). В зависимости от того, какая питающая сеть двигателя, эти выводы соединяются либо в «звезду», либо в «треугольник». Для этого в корпусе каждого двигателя имеется короб, в который выведены начальные и конечные провода обмоток (обозначены соответственно С1, С2, С3 и С4, С5, С6).

Соединение звездой

Так называется способ соединения обмоток, при котором все три обмотки имеют одну общую точку (нейтраль). Линейное напряжение такого соединения в 1,73 раза выше фазного. Положительным качеством этого типа подключения считаются малые пусковые токи, хотя потери мощности довольно значительны.

Способ соединения треугольником отличается тем, что при этом способе соединение производится таким образом, что конец одной обмотки становится началом следующей.

Соединение треугольником

В данном случае соединения фазного и линейного напряжения совпадают, поэтому при линейном напряжении 220 вольт именно треугольник будет правильным соединением обмоток. Положительная сторона такого подключения — большая мощность, а отрицательная — большие пусковые токи.

Для реверсирования (изменения направления вращения) трехфазного асинхронного двигателя достаточно поменять местами выводы двух его фаз.На производстве это делается с помощью пары магнитных пускателей с зависимым включением.

Значительные пусковые токи для асинхронных двигателей очень нежелательны, так как могут привести к эффекту отсутствия напряжения для других видов оборудования, подключенного к той же сети. Это стало причиной того, что при подключении и регулировке двигателей данного типа возникает проблема минимизации пусковых токов и повышения плавности пуска двигателей за счет использования специализированного оборудования.Наиболее эффективным типом таких устройств считаются устройства плавного пуска и преобразователи частоты. Одним из наиболее ценных их качеств является то, что они способны поддерживать пусковой ток двигателя довольно длительное время (обычно более минуты).

Помимо стандартного способа включения асинхронных двигателей, существуют также способы включения их в питающую сеть, имеющую только одну фазу.

Конденсаторный пусковой асинхронный двигатель

Для этого в основном используется метод коммутации конденсаторов.Конденсатор можно установить как один, так и парой (один пусковой, а второй рабочий). Пара проводников устанавливается при необходимости изменения емкости в процессе пуска, что осуществляется путем подключения и отключения одного из проводников (пуск). Для этого, как правило, используются бумажные емкости, так как они не имеют полярности, а при работе на переменном токе это очень важно.

Для расчета рабочего конденсатора существует следующая формула:

Пусковой конденсатор должен иметь емкость в два-три раза превышающую рабочую емкость и рабочее напряжение в полтора раза превышающее напряжение питания.

Пусковой и рабочий конденсаторы соединены параллельно, причем так, что параллельно пусковому включено шунтирующее сопротивление и через ключ включен один вывод пускового конденсатора. При запуске двигателя ключ закрывается, повышая пусковой ток, затем размыкается.

Однако не стоит забывать, что не каждый двигатель можно подключить к однофазной сети. К тому же мощность мотора при таком подключении будет всего 0.5-0,6 мощности трехфазного подключения.

Пусковые токи асинхронного двигателя

Теперь приведу таблицу допустимых токов холостого хода трехфазных двигателей:

Мощность электродвигателя, кВт Ток холостого хода, в процентах от номинального,
при частоте вращения, об/мин
3000 1500 1000 750 600 500
0.12 – 0,55 60 75 85 90 95

Перед тем, как производить замеры тока на двигателях, их необходимо обкатать (испытано на холостом ходу 30-60 минут — двигатели мощностью менее 100 кВт и от 2 часов, двигатели мощность которых выше 100 кВт). Эта таблица носит справочный характер, поэтому реальные данные могут отличаться от этих процентов на 10-20.

Пусковые токи двигателя можно рассчитать по следующей паре формул:

In = 1000Rn/(Un*cosph*√nn),

где Рн – номинальная мощность двигателя, Un – номинальное значение его напряжения, nн – номинальное значение его КПД.

, где В — номинальный ток, а Кр — кратность постоянного тока к номиналу (обычно указывается в паспорте двигателя).

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то упустил. Загляните, буду рад, если найдете еще что-то полезное на моем. Всего наилучшего.

Содержание:

При работе с различными электроприборами часто возникает вопрос, что такое пусковой ток. В самом простом варианте ответом будет ток, который потребляется при запуске электродвигателя или другого устройства.Его значение может в несколько раз превышать номинальное значение, необходимое для нормальной стабильной работы. Таким образом, чтобы вращать ротор, электродвигатель должен потреблять гораздо больше энергии, чем при работе с постоянной скоростью. Уменьшить пусковые токи можно с помощью специальных систем пожаротушения и устройств плавного пуска.

Пусковые токи электродвигателей

В каждом устройстве, устройстве или механизме есть процессы, называемые пусковыми. Особенно это заметно в начале движения, когда необходимо тронуться.В этот момент для первоначального толчка требуется гораздо больше усилий, чем при дальнейшей работе этого механизма.

Точно такие же явления затрагивают и электрические устройства-электродвигатели, электромагниты, лампы и другие. Наличие пусковых процессов в каждом из них зависит от состояния рабочих органов. Например, нить накала обычной лампочки в холодном состоянии имеет сопротивление значительно меньшее, чем при нагреве в рабочем режиме до 1000 0 С. То есть для лампы мощностью 100 Вт сопротивление накала во время работы будет около 490 показатель падает до 50 кОм.Поэтому при большом пусковом токе иногда перегорают лампочки. От общего выгорания их спасает сопротивление, увеличивающееся при нагреве. Постепенно он достигает постоянного значения и помогает ограничить рабочий ток до нужного значения.

Влияние пусковых токов в полной мере сказывается на всех типах электродвигателей, которые широко используются во многих областях. Для правильной эксплуатации электроприводов необходимо знать их пусковые характеристики. Есть два основных параметра, влияющих на пусковой ток.Скольжение — это связь между скоростью вращения ротора и скоростью электромагнитного поля. Скольжение уменьшается от 1 до минимума по мере увеличения скорости. Пусковой момент – второй параметр, определяющий степень механического воздействия на вал. Эта нагрузка имеет максимальное значение в момент пуска и становится номинальной после того, как произошел полный разгон механизма.

Следует учитывать особенности асинхронных электродвигателей, которые при пуске становятся эквивалентными трансформатору с короткозамкнутой вторичной обмоткой.Он имеет очень малое сопротивление, поэтому значение пускового тока при скачке может во много раз превышать номинальное значение. В процессе дальнейшей подачи тока на обмотки сердечник ротора начинает постепенно насыщаться магнитным полем. Возникает ЭДС самоиндукции, под действием которой начинает расти индуктивное сопротивление цепи. С началом вращения ротора коэффициент скольжения уменьшается, то есть начинается фаза разгона двигателя.При увеличении сопротивления пусковой ток снижается до стандартных показателей.


В процессе эксплуатации может возникнуть проблема, связанная с повышенными пусковыми токами. Причиной их возникновения, чаще всего, являются перегрев электродвигателей, перегрузки электрических сетей в момент пуска, а также ударные механические нагрузки в присоединяемых устройствах и механизмах, таких как редукторы и др. Для решения этой проблемы предусмотрены специальные устройства, представленные частотными преобразователями и устройствами плавного пуска.Их подбирают с учетом особенностей работы конкретного электродвигателя. Например, они в основном используются для агрегатов, подключенных к вентиляторам. С их помощью пусковой ток ограничивается двумя номиналами. Это вполне нормальный показатель, так как при нормальном пуске ток превышает номинал в 5-10 раз. Ограничение достигается изменением напряжения в обмотках.

Обычные двигатели переменного тока нашли широкое применение в промышленном производстве благодаря очень простой конструкции и невысокой стоимости.Серьезным их недостатком считается трудный пуск, чему значительно облегчают преобразователи частоты. Наиболее ценным качеством этих устройств является их способность поддерживать пусковой ток в течение одной минуты и более. Самые современные устройства позволяют не только регулировать пуск, но и оптимизировать его по заданным эксплуатационным характеристикам.

Пусковой ток батареи

Аккумулятор не зря считается одним из важных элементов автомобиля. Его основная функция заключается в подаче напряжения на существующее электрооборудование.В основном это стартер, осветительные и другие устройства. Чтобы успешно решить эту проблему, батарея должна не только накапливать, но и сохранять заряд длительное время.


Одним из основных параметров аккумулятора является пусковой ток. Это значение соответствует параметрам тока, протекающего в пускателе в момент его пуска. Пусковой ток напрямую связан с режимом работы автомобиля. Если автомобиль используется очень часто, особенно в холодных условиях, в этом случае аккумулятор должен иметь большой пусковой ток.Его номинальный параметр обычно соответствует мощности источника питания, обеспечиваемой в течение 30 секунд при температуре минус 18 0 С. Он появляется в момент поворота ключа в замке зажигания и начала работы стартера. Текущее значение измеряется в амперах.

Пусковые токи могут быть совершенно разными для одинаковых по-своему внешнего вида и основных характеристик аккумуляторов. На этот фактор существенное влияние оказывают физические свойства материалов изготовления и конструктивные особенности каждого изделия.Например, увеличение силы тока можно наблюдать, если свинцовые пластины становятся пористыми, увеличивается их количество, применяется ортофосфорная кислота. Завышенное значение тока не оказывает негативного влияния на оборудование, а только способствует повышению надежности пуска.

Общий ток нагрузки Ia, подаваемый на двигатель, рассчитывается по следующим формулам:

, где
Ia: общий ток (А)
Pn: номинальная мощность (кВт)
U: линейное напряжение для 3-фазного двигателя и напряжение между клеммами для 1-фазного двигателя (В).Однофазные двигатели могут быть подключены к фазному или линейному напряжению
η: КПД, т. е. выходная мощность (кВт) / входная мощность (кВт)
cos φ: коэффициент мощности, т. е. входная мощность (кВт) / входная мощность (кВА)

Сверхпереходный ток и уставка защиты

  • Пиковое значение тока перегрузки может быть очень высоким. Обычно это значение в 12-15 раз превышает номинальное значение Inm RMS. Иногда это значение может быть в 25 раз больше значения Inm.
  • Автоматические выключатели, контакторы и тепловые реле предназначены для пуска двигателя при чрезвычайно высоких токах сверхпереходных процессов (пиковое значение сверхпереходного режима может в 19 раз превышать среднеквадратичное номинальное значение Inm).
  • В случае внезапного срабатывания защиты от перегрузки по току во время пуска это означает, что пусковой ток выходит за пределы нормального диапазона. В результате могут быть достигнуты предельные значения параметров распределительных устройств, может сократиться срок службы и даже могут выйти из строя некоторые устройства. Чтобы избежать такой ситуации, необходимо рассмотреть вопрос о повышении номинала КРУ.
  • Распределительные устройства предназначены для защиты пускателей электродвигателей от короткого замыкания. В зависимости от риска в таблицах показаны комбинации выключателя, контактора и теплового реле для обеспечения координации типа 1 или 2.

Пусковой ток двигателя

Хотя рынок предлагает двигатели с высоким КПД, на практике их пусковые токи примерно такие же, как у стандартных двигателей.

Использование пускателей треугольником, статических устройств плавного пуска или приводов с регулируемой скоростью может снизить пусковой ток (например, 4 лА вместо 7,5 лА).

Компенсация реактивной мощности (квар), подаваемой на асинхронные двигатели

Как правило, по техническим и финансовым причинам более выгодно уменьшить ток, подаваемый на асинхронные двигатели.Этого можно добиться, используя конденсаторы, не влияющие на выходную мощность двигателей.

Применение этого принципа для оптимизации работы асинхронных двигателей называется «повышением коэффициента мощности» или «компенсацией реактивной мощности».

Как обсуждалось в главе «Компенсация реактивной мощности и фильтрация гармоник», полная мощность (кВА), подаваемая на двигатель, может быть значительно снижена за счет использования параллельно подключенных конденсаторов. Уменьшение входной полной мощности означает соответствующее уменьшение входного тока (поскольку напряжение остается постоянным).

Компенсация реактивной мощности особенно рекомендуется для двигателей с длительным периодом работы на пониженной мощности.

Как указано выше,

Следовательно, уменьшение входной полной мощности (кВА) приводит к увеличению (т. е. улучшению) значения cos φ.

Ток, подаваемый на двигатель после компенсации реактивной мощности, рассчитывается по формуле:

где: cos φ — коэффициент мощности до компенсации, cos φ’ — коэффициент мощности после компенсации, Ia — начальный ток.

Рис. Ниже A4 показаны (в зависимости от номинальной мощности двигателя) стандартные токи для нескольких напряжений питания.

кВт л.с. 230 В 380 — 415 Б 400 Б 440 — 480 Б 500 Б 690 Б
А А А А А А
0,18
0,25
0,37


1,0
1,5
1,9


0,6
0,85
1,1


0,48
0,68
0,88
0,35
0,49
0,64

0,55
1/2

3/4

2,6
1,3

1,8

1,5
1,1

1,6

1,2

0,87

0,75
1,1
1


3,3
4,7
2,3


1,9
2,7
2,1


1,5
2,2

1,1
1,6


1,5
1-1/2
2


6,3
3,3
4,3


3,6
3,0
3,4


2,9


2,1
2,2

3,0

3
8,5

11,3

6,1
4,9

6,5

4,8
3,9

5,2
2,8

3,8
3,7
4
5,5



15
20

9,7

8,5
11,5

7,6

6,8
9,2

4,9
6,7


7,5
7-1/2
10


27
14,0
18,0


15,5
11,0
14,0


12,4


8,9
11


15
20
38,0


27,0
34,0
22,0


21,0
27,0
17,6

12,8

15
18,5


25
51
61


44
39
35


34
23
28
17
21
22


30
40
72


51
66
41


40
52
33

24

30
37


50
96
115


83
55
66


65
44
53
32
39

45
55
60


140
169
103


80
97
77


64
78

47
57


75
75
100


230
128
165


132
96
124


106


77
90

110

125
278

340

208
160

195

156
128

156
93

113

132
150

200

400
240

320

230
180

240

184

134
150
160
185



487



280



224

162

200
220
250


609
403


350
302


280

203

250
280
300


748
482


430
361


344

250


300
350
400


560
636


414
474




315

335

540
940



540


515
432

313 ​​

355

375

500
1061


786
610


590
488

354

400
425
450


1200



690



552

400

475
500
530



1478



850



680

493
560
600
630


1652

1844


950

1060


760

848
551

615
670
710
750



2070



1190



952

690
800
850
900


2340

2640


1346

1518


1076

1214
780

880
950
1000


2910


1673


1339

970

Рис.А4: Номинальная мощность и ток

Ток, который необходим для запуска электродвигателя, называется пусковым током. Как правило, пусковые токи электродвигателей в несколько раз превышают токи, необходимые для работы в нормально-устойчивом режиме.

Рисунок 1. Асинхронный двигатель Большой пусковой ток асинхронного двигателя необходим для того, чтобы раскрутить ротор с места, что требует приложения гораздо большей энергии, чем для дальнейшего поддержания постоянного числа его оборотов.Стоит отметить, что, несмотря на совершенно иной принцип действия, однофазные двигатели постоянного тока также отличаются высокими пусковыми токами.

Высокие пусковые токи электродвигателей нежелательны, так как могут привести к кратковременному отключению питания другого подключенного к сети оборудования (падение напряжения). Поэтому при подключении и настройке двигателей переменного тока (наиболее распространенных в промышленности) всегда стоит задача минимизировать значения пусковых токов, а также повысить плавность пуска двигателя за счет применения специального дополнительного оборудования. .Такие меры также позволяют снизить затраты на пуск электродвигателя (использовать провода меньшего сечения, стабилизаторы и ДЭС меньшей мощности и т. д.).

Одной из наиболее эффективных категорий устройств для облегчения тяжелых условий пуска являются устройства плавного пуска и преобразователи частоты. Особенно ценной считается их способность поддерживать пусковой ток двигателей переменного тока в течение продолжительного времени, превышающего минуту. Также пусковой ток асинхронного двигателя можно уменьшить, введя в обмотку ротора внешнее сопротивление.

Расчет пускового тока асинхронного двигателя

Расчет пускового тока электродвигателя может потребоваться для выбора подходящих автоматических выключателей, способных защитить линию включения данного электродвигателя, а также для выбора соответствующих параметров дополнительного оборудования (генераторов и т. ).

Расчет пускового тока электродвигателя осуществляется в несколько этапов:

Определение номинального тока трехфазного двигателя переменного тока по формуле: In = 1000Pn/(Un*cosφ*√ηn).Рн – номинальная мощность двигателя, Uн – номинальное напряжение, ηн – номинальный КПД. Cosφ – номинальный коэффициент мощности электродвигателя. Все эти данные можно найти в технической документации на двигатель.

Расчет значения пускового тока по формуле Iстарт=В*Кпуск. Здесь Iн — номинальное значение тока, а Кпуск выступает кратным постоянного тока к номинальному значению, что также должно быть указано в технической документации на электродвигатель.

Зная точные пусковые токи электродвигателей, можно правильно подобрать автоматические выключатели, которые защитят линию включения.

Что такое пусковой ток в двигателе переменного тока и почему это важно?

При включении электрического устройства, такого как асинхронный двигатель переменного тока, возникает очень сильный мгновенный скачок тока, называемый пусковым током.

При запуске асинхронного двигателя переменного тока подаваемое напряжение создает магнитное поле в статоре, которое индуцирует магнитное поле в роторе.Взаимодействие этих двух магнитных полей создает крутящий момент и заставляет двигатель вращаться. Согласно закону Ленца, создание магнитного поля вызывает индуцированное напряжение, которое противодействует напряжению питания. Это противодействующее индуцированное напряжение , известное как обратная ЭДС , также работает для ограничения величины тока в двигателе.

Однако величина создаваемой противо-ЭДС прямо пропорциональна скорости двигателя. Таким образом, при запуске , когда скорость двигателя близка к нулю, обратная ЭДС очень мала, и допускается протекание высокого «пускового» тока.


На величину тока, потребляемого двигателем во время запуска, также влияет сопротивление обмоток статора. Новые двигатели с высоким КПД, такие как версии с классом энергоэффективности IE3, имеют более низкое сопротивление обмотки (чтобы уменьшить потери I 2 R), поэтому пусковой ток может быть даже более серьезной проблемой в этих конструкциях, чем в старых двигателях с низким КПД. .


Самый высокий уровень пускового тока возникает во время первого полупериода работы двигателя и может более чем в 10 раз превышать ток полной нагрузки двигателя.Когда двигатель начинает двигаться, ток уменьшается до уровня тока заторможенного ротора двигателя, который часто в шесть-восемь раз превышает нормальный рабочий ток двигателя. По мере увеличения скорости двигателя и, следовательно, противоЭДС , ток далее уменьшается, пока не будет достигнута нормальная рабочая скорость и нормальный рабочий ток.

Первоначальный всплеск тока — это пусковой ток, который быстро снижается до уровня тока блокировки ротора двигателя (LRC), прежде чем, наконец, достичь нормального рабочего тока:
Изображение предоставлено: Электротехнический портал

Ток блокировки ротора — это ток двигатель будет тянуть, когда ротор заблокирован или еще не начал двигаться.Термины «пусковой ток» и «ток заторможенного ротора» часто используются взаимозаменяемо, но в зависимости от контекста они могут относиться к разным явлениям.

Министерство энергетики США объясняет разницу между пусковым током и током заторможенного ротора следующим образом:

«Мгновенный пиковый пусковой ток — это мгновенный переходный ток, который возникает сразу (в течение половины периода переменного тока) после замыкания контакта. Ток заторможенного ротора представляет собой среднеквадратический (RMS) ток, который устанавливается после пикового пускового тока; ток остается близким к значению заблокированного ротора во время разгона до тех пор, пока двигатель не достигнет своей рабочей скорости.Термины «пусковой ток» и «пусковой ток» часто используются для обозначения тока заторможенного ротора».


Высокий пусковой ток может вызвать ложное срабатывание защитных устройств или повреждение двигателя. Это также может вызвать провалы напряжения в линии питания (что может повлиять на другое оборудование) или даже помешать правильному запуску двигателя. Высокий пусковой ток также приводит к созданию высокого крутящего момента при запуске , иногда в два раза превышающего номинальный крутящий момент , что может вызвать внезапное резкое ускорение, повреждающее механические нагрузки.

Существует ряд методов пуска, которые могут снизить уровни пускового тока в асинхронных двигателях переменного тока. Одним из них является использование устройства плавного пуска , устройства, которое постепенно увеличивает напряжение питания на клеммах двигателя во время запуска, тем самым снижая пусковой ток и контролируя пусковой момент.

Точно так же частотно-регулируемый привод снижает пусковой ток за счет управления напряжением, подаваемым на двигатель. Но ЧРП работает, изменяя частоту напряжения, а не величину напряжения на двигателе.

Оценка допустимого количества пусков на пониженном токе мощных асинхронных электроприводов по колебательной составляющей электромагнитного момента

428 М.В. Вечеркин и др. / Procedia Engineering 129 ( 2015 ) 427 – 432

Актуальность темы

Известно, что асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором широко используются и потребляют половину всей вырабатываемой в мире энергии

. Соответственно имеется значительный резерв энергосбережения при работе электроприводов.

Одним из наиболее эффективных мероприятий по энергосбережению является перевод нерегулируемых электродвигателей с непрерывного режима работы

на повторно-периодический, где этого требуют технологические условия. Наибольший экономический эффект могут получить электроприводы высокого напряжения

. Такой реализации препятствует

тяжелых условий прямого пуска асинхронных двигателей большой мощности. Для высокоинерционных асинхронных электроприводов прямой пуск

следует рассматривать как опасный аварийный режим.Количество пусков мощного высоковольтного двигателя прямого пуска указывается заводом-изготовителем

и варьируется от 250 до 500 пусков прямого пуска в год.

Для полной или частичной нейтрализации негативного влияния переходных процессов применяются различные способы

пуска: реакторный пуск, автотрансформаторный пуск, пуск звезда-треугольник, пуск с помощью тиристорного регулятора напряжения (ТРН) или преобразователя частоты

. При реализации одного из этих способов количество пусков прямого пуска может быть увеличено без ущерба для технического состояния и ресурса двигателя.

Негативное влияние пусковых процессов, насколько известно, определяется двумя основными факторами: большим

пусковым током и колебаниями электромагнитного момента большой амплитуды, возникающими в процессе пуска [1]. Все эти факторы

оказывают негативное влияние на механические и электромагнитные системы электроприводов, а также на

их тепловое состояние.

Существующие методики расчета частоты пусков ориентированы на соблюдение допустимых условий нагрева

и основаны на оценке тепловых потерь в двигателе.Отрицательное влияние колебательной

составляющей крутящего момента не учитывается. При этом энергия колебаний электрической и механической

величин в двигателе не совершает никакой полезной работы, а преобразуется в теплоту или в работу деформации и разрушения

электромагнитной и механической части привода электродвигателя. Одновременно колебания энергии

однозначно определяются колебаниями электромагнитного момента.

Различные способы пуска неравноценны как по затратам, так и по степени ограничения электромагнитной

крутящей колебательной составляющей.

Постановка задачи

1. Проанализировать влияние различных способов пуска на степень колебаний пускового электромагнитного

момента мощного асинхронного электропривода.

2. Разработать методологию, позволяющую оценить влияние различных способов пуска на

разрешенное количество пусков.

Исследования

В качестве объекта исследования был выбран электропривод центробежного вентилятора с высоковольтным

асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором. Основные технические характеристики анализируемого двигателя приведены в таблице. 1.

Таблица 1. Основные технические данные исследуемого двигателя.

Характеристики Значение

Мощность (кВт) 800

Напряжение питания (Вт) 6000

Частота вращения (об/мин) 1480

Номинальный крутящий момент двигателя (Н·м) 5140

КПД 9000 95,1

Момент инерции ротора (кг·м

2

) 26

Интервал между пусками, не менее (час) 3

Количество пусков в год, не более 500

Вентилятор имеет рабочее колесо с момент инерции J = 250 кг•м2.Для такого инерционного исполнительного устройства

число значительных всплесков ударного электромагнитного момента двигателя может достигать десяти раз при пуске

[2].

Патент США на вращающуюся электрическую машину и систему привода короткозамкнутого асинхронного двигателя. Патент (Патент № 7,129,613, выдан 31 октября 2006 г.)

Это приложение является частичным продолжением приложения Ser. № 10/775,227, поданной 11 февраля 2004 г., в настоящее время патент США. № 6882078, который включен в настоящий документ посредством ссылки.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к вращающейся электрической машине, ротор которой содержит кожух-проводник, и системе привода асинхронного двигателя с кожухом.

JP-A-7-231630 раскрывает вращающуюся электрическую машину, в которой проводники ротора короткозамкнутого асинхронного двигателя разрезаны вдоль плоскости, перпендикулярной валу, и содержат нижнюю часть, ступенчато увеличенную по ширине по сравнению с верхней частью, расположенной вблизи к внешней периферии ротора.Кроме того, «Трансформатор/асинхронная машина/коллекторный двигатель переменного тока», опубликованный Институтом инженеров-электриков, 6-е издание, 21 ноября 1983 г., страницы 311–315 (фиг. 3.63, фиг. 3.64 и фиг. 3.67), раскрывается вращающийся электрический двигатель. машина, в которой проводники ротора имеют ту же форму поперечного сечения, что и в JP-A-7-231630, и форма поперечного сечения проводников ротора по всей их высоте линейно сужается к внешней периферии ротора, чтобы иметь трапециевидную форму .

Проводники ротора, раскрытые в JP-A-7-231630, имеют перевернутое Т-образное поперечное сечение, так что верхние части проводников ротора, расположенные вблизи внешней периферии ротора, имеют небольшую ширину, а нижние части увеличены ступенчато по ширине.Следовательно, при запуске вращающейся электрической машины создается высокое сопротивление, так что пусковые характеристики вращающейся электрической машины могут быть улучшены. С другой стороны, поскольку проводник ротора ступенчато увеличивается по ширине, а вращающаяся электрическая машина резко уменьшает вторичное сопротивление, у вращающейся электрической машины уменьшается крутящий момент. Также выход проводников ротора из-за центробежных сил ограничивается только ступеньками проводников ротора.Поэтому центробежные силы концентрируются на ступенях и проводники ротора в некоторых случаях разрываются от трения. Кроме того, поскольку проводники ротора резко изменяются по ширине, требуется высокая технология обработки проводников ротора в случае, когда для проводников ротора используется тянутый материал.

Между тем, с вращающейся электрической машиной «Трансформатор/асинхронная машина/коллекторный двигатель переменного тока» форма поперечного сечения проводников ротора сужается по всей их высоте к внешней периферии ротора, чтобы иметь трапециевидную форму, так что при пуске вращающейся электрической машины создается высокое сопротивление и улучшаются пусковые характеристики вращающейся электрической машины.Однако, поскольку проводники ротора имеют трапециевидную форму, их высота и ширина по дну определяются ограничениями по прочности, свободы в конструкции мало, а пусковая характеристика и стационарная характеристика вращающейся электрической машины в некоторых случаях не уравновешены.

Целью изобретения является создание вращающейся электрической машины, имеющей пусковые характеристики низкого пускового тока и высокого пускового момента, а также хороший баланс между пусковыми характеристиками и характеристиками установившегося состояния.

Еще одной целью изобретения является создание системы привода асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, в которой переменный ток с неизмененной промышленной частотой подается непосредственно на асинхронный двигатель для реализации характеристик низкого пускового тока и высокого пускового момента. , а также характеристики высокой эффективности и высокого коэффициента мощности.

Другие цели и признаки изобретения станут очевидными из следующего описания вариантов осуществления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном аспекте изобретения проводники ротора содержат верхнюю часть проводника ротора, которая расположена вблизи внешней периферии ротора, и форма поперечного сечения которой непрерывно сужается к внешнему краю. периферии ротора, а нижнюю часть проводника ротора, примыкающую к верхней части проводника ротора, расположить ближе к центру ротора, чем верхняя часть проводника ротора, и форму поперечного сечения которой сделать прямоугольной, чтобы иметь по существу такой же ширины, как ширина нижней части верхней части проводника ротора.

Здесь желательно, чтобы форма поперечного сечения верхней части проводника ротора была трапециевидной и линейно сужалась к внешней периферии ротора.

В другом аспекте изобретения для изготовления проводников ротора используется латунь, а верхняя часть проводника ротора имеет высоту не менее 27 мм.

В другом аспекте изобретения для изготовления проводников ротора используется медь, а верхняя часть проводника ротора имеет высоту не менее 7 мм.

В еще одном аспекте изобретения верхняя часть проводника ротора выполнена из латуни, а нижняя часть проводника ротора выполнена из меди.

Благодаря этим характеристикам вращающаяся электрическая машина легко удовлетворяет требуемым стационарным характеристикам, таким как КПД, коэффициент мощности и т. д., при этом ограничивая пусковой ток и обеспечивая пусковой крутящий момент.

В другом аспекте изобретения проводники ротора содержат верхнюю часть проводника ротора, расположенную рядом с внешней периферией ротора, и форма поперечного сечения которой непрерывно сужается к внешней периферии ротора, и нижняя часть проводника ротора, примыкающая к верхней части проводника ротора, должна быть расположена ближе к центру ротора, чем верхняя часть проводника ротора, и форма поперечного сечения которой выполнена прямоугольной, чтобы иметь по существу такую ​​же ширину, как и нижней части верхней части проводника ротора, а также предусмотрен переключатель для подачи на обмотки статора напряжения промышленного трехфазного источника переменного тока с сохранением промышленной частоты.

Таким образом, система привода асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором предназначена для ограничения пускового тока трехфазного асинхронного двигателя, на который напрямую подается трехфазный переменный ток промышленной частоты, и для создания адекватного пускового момента и для демонстрируют превосходные установившиеся характеристики, такие как КПД, коэффициент мощности и так далее.

В еще одном аспекте изобретения проводник ротора содержит верхнюю часть проводника ротора, расположенную сбоку от внешней периферии ротора, и форма поперечного сечения которой сужается к внешней периферии ротора. , и нижнюю часть проводника ротора, которая расположена ближе к центру ротора, чем верхняя часть проводника ротора, и форма поперечного сечения которой имеет по существу такую ​​же ширину, как ширина нижней части верхней части проводника ротора.

В другом аспекте изобретения проводники ротора содержат верхнюю часть проводника ротора, которая расположена на стороне внешней периферии ротора и имеет трапециевидную форму поперечного сечения, и нижнюю часть проводника ротора, которая расположена ближе к центру ротора, чем верхняя часть проводника ротора, и форма поперечного сечения которой имеет по существу такую ​​же ширину, как ширина нижней части верхней части проводника ротора.

В другом аспекте изобретения проводники ротора содержат верхнюю часть проводника ротора, расположенную сбоку от внешней периферии ротора, форма поперечного сечения которой сужается к внешней периферии ротора, и нижнюю часть проводника ротора, которая расположена ближе к центру ротора, чем верхняя часть проводника ротора, и форма поперечного сечения которой выполнена прямоугольной, чтобы иметь по существу такую ​​же ширину, как ширина верхней части проводника ротора.

Соответственно улучшаются как пусковые, так и установившиеся характеристики.

Другие цели и признаки изобретения станут очевидными из следующего описания вариантов осуществления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

РИС. 1 включает вид в разрезе, показывающий основную часть асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в соответствии с вариантом осуществления изобретения, и вид, показывающий конфигурацию системы привода;

РИС.2 представляет собой вид в разрезе, показывающий основную часть ротора согласно варианту осуществления изобретения;

РИС. 3 представляет собой график, показывающий характеристики скольжения/крутящего момента асинхронного двигателя согласно варианту осуществления изобретения;

РИС. 4 представляет собой график, показывающий пусковые характеристики и характеристики установившегося режима асинхронного двигателя согласно варианту осуществления изобретения;

РИС. 5 представляет собой график, показывающий пусковые характеристики и характеристики установившегося состояния асинхронного двигателя согласно еще одному варианту осуществления изобретения;

РИС.6 представляет собой график, показывающий пусковые характеристики и характеристики в установившемся режиме асинхронного двигателя в соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения; и

РИС. 7 представляет собой вид в поперечном сечении, показывающий основную часть ротора согласно еще одному варианту осуществления изобретения.

РИС. 8 представляет собой вид в разрезе, показывающий основную часть ротора в соответствии с дополнительным вариантом осуществления изобретения.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ

Изобретение будет подробно описано ниже на основе показанных вариантов осуществления.

РИС. 1 представлен вид в разрезе, показывающий осевое сечение верхней половины асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в соответствии с вариантом осуществления изобретения, и вид, показывающий конфигурацию системы привода асинхронного двигателя. Статор 10 асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором содержит сердечник 11 статора, множество пазов 12 статора, образованных в пространствах вблизи внутренней периферии сердечника 11 статора, и катушки 13 статора, встроенные в слоты 12 .Сердечник статора 11 состоит из осевого многослойного материала, оба конца которого закреплены удерживающими сердечник элементами 14 .

Между тем, ротор 20 содержит сердечник 22 ротора, наслоенный на вал 21 и установленный на нем, причем оба конца сердечника ротора закреплены удерживающими элементами 23 сердечника. Множество пазов , 24, образовано в промежутках вблизи внешней периферии сердечника , 22, ротора, которые проходят радиально, и предусмотрены проводники , 25, ротора, которые вставляются в пазы , 24, .Номер ссылки 26 обозначает короткое кольцо.

Изобретение обеспечивает улучшение конфигурации пазов 24 ротора и вставленных в них проводников 25 ротора. Как показано в увеличенном поперечном сечении по линии А-А, в этом варианте осуществления форма поперечного сечения проводников ротора 25 состоит из верхней части трапециевидной формы, линейно сужающейся к внешней периферии ротора. и нижнюю часть прямоугольной формы, примыкающую к верхней части и имеющую по существу такую ​​же ширину, как нижняя часть верхней части.Это будет подробно описано позже.

Также в качестве блока питания предусмотрен переключатель 33 , с помощью которого на статор подается трехфазный переменный ток, принимаемый вводной панелью 32 от промышленного трехфазного источника переменного тока 31 . катушка 13 трехфазного асинхронного двигателя при сохранении промышленной частоты (через несреднюю часть любого преобразователя частоты).

РИС. 2 представляет собой увеличенный вид, показывающий основную часть ротора 20 согласно варианту осуществления изобретения в разрезе в направлении, перпендикулярном валу.Множество пазов , 24, ротора предусмотрено в заданных промежутках в окружном направлении сердечника , 22, ротора, и проводники , 25, ротора входят в пазы , 24, . В случае короткозамкнутого асинхронного двигателя класса 10 МВт проводники ротора 25 имеют, например, общую высоту h 0 = 60 мм и отношение W 1 /W 2 =1/ 3.25 шириной W 1 на его верхнем конце и шириной W 2 на его основании.Здесь верхняя часть 251 проводника ротора, расположенная рядом с внешней периферией ротора 20 и имеющая высоту h 1 , имеет трапециевидную форму поперечного сечения, линейно сужающуюся к внешней периферии ротора. Между тем, нижняя часть 252 проводника ротора, расположенная рядом с верхней частью 251 проводника ротора и ближе к центру 20 ротора, чем верхняя часть 251 проводника ротора, и имеющая высоту h 2 имеет прямоугольную форму поперечного сечения с шириной W 2 , по существу равной нижней части верхней части 251 .

В соответствии с первым вариантом осуществления верхняя часть 251 проводника ротора, расположенная рядом с внешней периферией ротора 20 , имеет форму поперечного сечения, линейно сужающуюся к внешней периферии ротора 20 и, таким образом, являющуюся трапециевидной. Однако форма поперечного сечения не обязательно является линейной, а может быть слегка изогнутой.

В случае асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором ток проходит через все проводники ротора 25 в установившемся режиме, в то время как ток проходит только вблизи внешней периферии проводников ротора 25 из-за влияния скин-эффекта при пуске.Следовательно, за счет уменьшения ширины W 1 верхней части 251 проводника ротора, согласно варианту осуществления, вблизи внешней периферии ротора 20 , реактивное сопротивление вторичной утечки увеличивается при пуске, и, таким образом, пусковой ток можно уменьшить. Кроме того, за счет сужения ширины W 1 вблизи внешней периферии ротора вторичное сопротивление увеличивается при пуске, и, таким образом, может быть увеличен пусковой крутящий момент. Кроме того, за счет того, что ширина W 2 вблизи центра ротора больше, чем ширина W 1 вблизи внешней периферии ротора, ограничивается увеличение вторичного реактивного сопротивления рассеяния и вторичного сопротивления, так что улучшение по характеристикам в установившемся режиме может быть достигнута.

РИС. 3 представляет собой график, показывающий характеристики скольжения по отношению к крутящему моменту асинхронного двигателя согласно первому варианту осуществления изобретения, в отличие от графика из JP-A-7-231630. В конструкции JP-A-7-231630 начальный крутящий момент Tst и максимальный крутящий момент Tmax являются хорошими, но ширина проводников ротора резко увеличивается ступенчатым образом, а вторичное сопротивление резко уменьшается. Следовательно, крутящий момент Tc двигателя уменьшается около средней скорости, то есть вблизи скольжения s=0.5, как показано на рисунке. Напротив, при конструкции проводников ротора 25 в соответствии с вариантом осуществления ширина проводников ротора 25 плавно увеличивается с W 1 до W 2 , что позволяет получить крутящий момент характеристики Tm без снижения крутящего момента вблизи средней скорости.

Кроме того, в конструкции JP-A-7-231630 выход проводников ротора из-за центробежных сил ограничивается только перевернутыми Т-образными ступенями.Поэтому центробежные силы концентрируются на ступенях и проводники ротора в некоторых случаях разрываются от трения. Напротив, у проводников ротора , 25, согласно варианту осуществления вся наклонная часть верхней части, показанная на фиг. 2, выступающее на высоту h 1 , выдерживает выход кондуктора ротора 25 за счет центробежных сил. Соответственно, можно ослабить концентрацию центробежных сил, чтобы предотвратить поломку проводников ротора , 25, из-за трения по сравнению с конструкцией JP-A-7-231630.

Кроме того, в случае, когда для проводников ротора 25 используется тянутый материал, конструкция JP-A-7-231630 требует высокой технологии обработки проводников ротора, поскольку ширина проводников ротора резко менялись ступенчато. Между тем, проводники 25 ротора в соответствии с вариантом осуществления не предполагают резкого изменения конфигурации в той их части, в которой их ширина изменяется от W 1 до W 2 , так что рисунок проводников 25 ротора сделано легко.

Между тем, у вращающейся электрической машины типа «Трансформатор/асинхронная машина/коллекторный двигатель переменного тока», в которой проводники ротора наклонены по всей своей высоте и имеют трапециевидную форму, проводники ротора ограничены по высоте h 0 и ширины W 1 , W 2 на их верхнем и нижнем концах из-за их трапециевидной формы. Таким образом, отсутствует свобода проектирования, а пусковые характеристики и установившиеся характеристики в некоторых случаях не сбалансированы должным образом.Напротив, при конструкции проводников ротора 25 согласно варианту осуществления можно свободно выбирать высоту h 1 для верхних частей проводника ротора 251 и высоту h 2 для проводника ротора. нижние части 252 . Соответственно, обеспечивается свобода проектирования, а пусковые характеристики и характеристики установившегося состояния легко уравновешиваются соответствующим образом.

Таким образом, вращающаяся электрическая машина с проводниками ротора 25 согласно изобретению особенно эффективна в крупногабаритных асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором, в которых переключатель 33 , показанный на фиг.1 подключает коммерческий трехфазный источник питания переменного тока 31 непосредственно для использования, в то время как коммерческая частота остается неизменной. Считается, что крупногабаритные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором в номинальном режиме обычно имеют такой же или более высокий КПД, чем у преобразователей/инверторов. Таким образом, можно сказать, что система привода асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в соответствии с вариантом осуществления, подающим питание от промышленного трехфазного переменного тока непосредственно для использования, представляет собой систему двигателя, имеющую наивысший КПД в номинальном режиме для использования при постоянной скорость.

Кроме того, глубоко укоренилась потребность в уменьшении количества источников питания для вращающихся электрических машин, чтобы уменьшить их первоначальную стоимость. Соответственно, большое значение имеет вращающаяся электрическая машина согласно изобретению, которая не нуждается в каком-либо преобразователе/инверторе и сочетает в себе пусковые характеристики низкого пускового тока и высокого пускового момента и установившиеся характеристики высокого КПД и высокого коэффициента мощности. .

РИС. 4 представляет собой график, показывающий пусковые характеристики и характеристики установившегося состояния асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором согласно варианту осуществления изобретения.В качестве примера взяты проводники ротора 25 , имеющие общую высоту h 0 =60 мм и установленные в корпусе асинхронного двигателя класса 10 МВт, описанного выше. На графике показаны пусковой ток Ist, пусковой момент Tst, коэффициент мощности Pf в установившемся режиме и КПД Eff в установившемся режиме в случае использования латуни для проводников ротора 25 и высоты h 1 верхних частей проводника ротора 251 варьируется. Исходя из характеристик, верхние части 251 проводника ротора в варианте осуществления изобретения имеют высоту h 1 =27 мм или более.Установлено, что при высоте h 1 не менее 27 мм пусковой ток Ist может быть снижен менее чем на 80 % при обеспечении пускового момента Tst не менее, чем в случае, когда высота h 1 составляет 0 мм, то есть проводники ротора выполнены прямоугольными по всей высоте (левый конец на рисунке). Кроме того, при высоте h 1 не более 27 мм пусковой момент Tst также уменьшается, хотя пусковой ток Ist может быть уменьшен.

Также, как видно из рисунка, желательно, чтобы верхний предел высоты h 1 верхних частей 251 проводников ротора не превышал h 1 = 46 мм, чтобы обеспечить коэффициент мощности 0,975 в установившемся режиме. Это приводит к обеспечению высоты h 2 в десять и несколько мм или более для нижних частей 252 проводников 25 ротора и обеспечению эффективности в установившемся режиме.

РИС.5 представляет собой график, показывающий пусковые характеристики и характеристики установившегося состояния асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором согласно еще одному варианту осуществления изобретения. Аналогично, медь используется для проводников ротора 25 , имеющих общую высоту h 0 = 60 мм и установленных в короткозамкнутом асинхронном двигателе класса 10 МВт. Подобно этому на фиг. 4 график показывает пусковой ток Ist, пусковой момент Tst, коэффициент мощности Pf в установившемся режиме и КПД Eff в установившемся режиме в случае, когда высота h 1 верхних частей проводника ротора 251 разнообразен.Исходя из характеристик, верхние части 251 проводника ротора в варианте осуществления имеют высоту h 1 =7 мм или более. Установлено, что при высоте h 1 не менее 7 мм пусковой ток Iст может быть снижен менее чем на 90 % при обеспечении пускового момента Тст не менее, чем в случае, когда проводники ротора имеют высоту h 1 =0 мм и имеют прямоугольную форму (левый конец на рисунке). Кроме того, когда высота h 1 не превышает 7 мм, пусковой момент Tst также уменьшается, хотя пусковой ток Ist может быть дополнительно уменьшен.

Также, как видно из рисунка, желательно, чтобы верхний предел высоты h 1 верхних частей 251 проводников ротора 25 был не более 44 мм, чтобы обеспечить мощность коэффициент 0,975 в устойчивом состоянии. В результате обеспечивается высота нижних частей , 252, проводников , 25, ротора, равная десяти и нескольким мм или более, и обеспечивается эффективность в установившемся режиме.

РИС. 6 представляет собой график, показывающий пусковые характеристики и характеристики установившегося состояния асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором согласно еще одному варианту осуществления изобретения.Медь используется для проводников ротора 25 общей высотой h 0 =30 мм и предусмотренных в корпусе асинхронного двигателя класса 100 МВт. Как и на фиг. 4 и 5 график показывает пусковой ток Ist, пусковой момент Tst, коэффициент мощности Pf в установившемся режиме и КПД Eff в установившемся режиме в случае, когда высота h 1 верхних частей проводника ротора 251 разнообразен. Исходя из характеристик, верхние части 251 проводника ротора в варианте осуществления имеют высоту h 1 =7 мм или более.Установлено, что при высоте h 1 не менее 7 мм пусковой ток Iст может быть снижен менее чем на 90 % при обеспечении пускового момента Тст не менее, чем в случае, когда проводники ротора имеют высоту h 1 =0 мм и имеют прямоугольную форму (левый конец на рисунке). Кроме того, при высоте h 1 не более 7 мм пусковой момент Tst также уменьшается, хотя пусковой ток Ist может быть уменьшен.

Также, как видно из рисунка, желательно, чтобы верхний предел высоты h 1 верхних частей 251 проводников ротора 25 не превышал 17.5 мм, чтобы обеспечить коэффициент мощности 0,99 для асинхронных двигателей этого класса в установившемся режиме. Это приводит к полному обеспечению высоты 2 нижних частей 252 проводника ротора для получения высокой эффективности в установившемся режиме.

РИС. 7 представляет собой увеличенный вид, показывающий основную часть ротора 20 согласно другому варианту осуществления изобретения в разрезе в направлении, перпендикулярном валу. Множество пазов , 24, ротора предусмотрено в заданных промежутках в окружном направлении сердечника , 22, ротора, и проводники , 25, ротора входят в пазы , 24, .

В варианте осуществления проводники ротора 25 содержат верхнюю часть проводника ротора 2511 , изготовленную из латуни и расположенную рядом с внешней периферией ротора 20 , и нижнюю часть проводника ротора 2521 , изготовленный из меди и расположенный рядом с нижней частью верхней части проводника ротора 2511 и рядом с центром ротора. И верхняя часть 2511 проводника ротора имеет форму поперечного сечения, непрерывно сужающуюся к внешней периферии ротора 20 , а нижняя часть 2521 проводника ротора имеет прямоугольную форму поперечного сечения, имеющую по существу такую ​​же ширину, как и нижней части верхней части проводника ротора 2511 .

Таким образом, пазы ротора 24 и проводники ротора 25 имеют такую ​​же форму, как и в варианте осуществления, показанном на фиг. 2, и иметь те же размеры, что и на фиг. 2 и 4.

Как описано выше, при использовании асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором ток проходит через все проводники ротора 25 в установившемся режиме, в то время как ток проходит только вблизи внешней периферии проводников ротора 25 в запуск из-за влияния скин-эффекта.Следовательно, верхняя часть 2511 проводника ротора в соответствии с вариантом осуществления, изготовленная из латуни с высоким удельным сопротивлением, увеличивает вторичное реактивное сопротивление при пуске, тем самым обеспечивая пусковой крутящий момент таким же образом, как и в варианте осуществления, показанном на ИНЖИР. 2. Кроме того, использование меди с низким удельным сопротивлением для нижних частей проводника ротора вблизи центра ротора ограничивает потери в нижних частях проводника ротора , 2521, в установившемся режиме, что позволяет достичь более высокой эффективности, чем в вариант осуществления, показанный на фиг.2.

Форма поперечного сечения нижней части проводника ротора не обязательно должна быть прямоугольной. На фиг. 8, например, нижняя часть , 253, нижней части , 252, проводника ротора может быть выполнена полукруглой.

Когда верхняя часть проводника ротора имеет трапециевидную форму поперечного сечения, которая сужается к внешней периферии ротора, а ширина W 3 формы поперечного сечения верхней части проводника ротора практически равна ширине W 4 формы поперечного сечения нижней части проводника ротора улучшаются как пусковые, так и установившиеся характеристики.

В соответствии с изобретением можно создать вращающуюся электрическую машину с характеристиками низкого пускового тока и высокого пускового момента и хорошим балансом между пусковыми характеристиками и характеристиками в установившемся режиме.

Кроме того, можно предоставить систему привода асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, в которой переменный ток с неизмененной промышленной частотой подается непосредственно на асинхронный двигатель и обеспечивает характеристики низкого пускового тока и высокого пускового момента, а также характеристики высокой эффективности и высокого коэффициента мощности.

Специалистам в данной области техники также следует понимать, что, хотя вышеприведенное описание было сделано для вариантов осуществления изобретения, изобретение не ограничивается ими, и могут быть сделаны различные изменения и модификации, не отступая от сущности изобретения и объем прилагаемой формулы изобретения.

Запуск асинхронного двигателя. Пуск асинхронных двигателей

Пусковой ток равен

Прямой пуск возможен при мощности сети и пусковом токе артериального давления не вызывает недопустимо больших перепадов напряжения в сети (не более

).

Три способа запуска при пониженном напряжении. Применяются, если по условию допустимого падения напряжения в сети прямой пуск невозможен, и имеют тот же недостаток — снижение пускового момента (

).

Поэтому эти способы реализуются при возможности запуска АД на холостом ходу или при частичной нагрузке, что чаще встречается у мощных высоковольтных двигателей.

Пуск реактора (рис.2.15). Включается сначала В 1 .Напряжение

подается на обмотку статора через трехфазный реактор R , следовательно, обмотка статора питается низким напряжением.

Сопротивление реактора x p   выбирают таким образом, чтобы напряжение на фазе обмотки статора было не менее 65 % от номинального.

После достижения установившейся скорости включается выключатель В 2 который шунтирует дроссель R , в результате на клеммы обмотки статора подается полное сетевое напряжение равное номинальному напряжению обмотки статора.

Пусковой ток при пуске реактора составляет

  и уменьшился по сравнению с пусковым током при прямом пуске в

  раз.

При этом снижается напряжение на клеммах обмотки статора в начальный момент пуска.

Начальное время пуска при пуске реактора

  уменьшается по сравнению с начальным пусковым моментом  прямого пуска

  в   время.

В приведенных соотношениях не учитывается изменение магнитуды.при запуске. При необходимости это сделать не сложно.

Автотрансформатор пусковой (рис.2.16). Первое включение IN 1 и

ВТ 2   и на обмотке статора АД через автотрансформатор АТ снижено до

напряжение.

После достижения АД установившейся скорости переключатель ВТ 2   отключается и подается напряжение на обмотку статора через часть обмотки ВТ, которая в данном случае выполняет роль реактора.Затем включается В 3 , и на клеммы обмотки статора подается полное сетевое напряжение, равное номинальному напряжению обмотки статора.

Если пусковой автотрансформатор понизит пусковое напряжение артериального давления в

раза (- коэффициент трансформации автотрансформатора), то пусковой ток АД и ток на низкой стороне автотрансформатора также уменьшится в раз. Пусковой момент M P , пропорциональный квадрату напряжения на зажимах обмотки статора AD, уменьшится в

  раз.

Пусковой ток на высокой стороне автотрансформатора и ток в сети также уменьшится в разы.

Таким образом, при пуске автотрансформатора пусковой момент артериального давления и пусковой ток в сети уменьшаются в одинаковое количество раз. При пуске реактора пусковой ток АД также является пусковым током в сети, а пусковой момент M P уменьшается быстрее пускового тока.Поэтому при одинаковых значениях пускового тока в сети с автотрансформаторным пуском пусковой момент будет больше.

Несмотря на это преимущество автотрансформаторного пуска перед реакторным, достигаемое ценой значительного усложнения и удорожания пусковой аппаратуры, этот пуск применяется реже, чем реакторный, когда пуск реактора не обеспечить необходимый пусковой момент.

Начните с переключения «звезда-треугольник» (рис.2.17).

Этот способ пуска ранее широко применялся при пуске низковольтных АД, но в связи с увеличением пропускной способности сетей утратил прежнее значение и применяется относительно редко.

Для его использования необходимо, чтобы все шесть выводов обмотки статора были выведены, линейное напряжение сети было равно номинальному фазному напряжению обмотки статора.

В первый момент пуска обмотка статора подключается в «звезду», а при достижении устойчивой частоты вращения схема соединения обмотки изменяется переключателем Р   на «треугольник».

При таком способе пуска на фазы обмотки статора подается напряжение, уменьшенное в 1 раз по сравнению с номинальным, пусковой момент уменьшается в 3 раза, пусковой ток в фазах уменьшается в

раз, а пусковой ток в сети в 3 раза. Таким образом, рассматриваемый способ пуска эквивалентен автотрансформаторному пуску с

, однако при пусковых переключениях возникают коммутационные перенапряжения в обмотке статора АД.

2.11.2. Пуск АД с фазным ротором

В цепь обмотки ротора обычно включается пусковой реостат, который обычно имеет несколько ступеней и рассчитан на кратковременное протекание тока, рис.2.18.

Начальный пусковой момент можно увеличить до максимального крутящего момента двигателя.

с пусковым реостатом определенного сопротивления

, рис.2.19. Величину сопротивления пускового резистора

можно определить, приравняв критическое скольжение единице, т.е.е.

Учитывая активное сопротивление пусковой фазы реостата.

Фактическое сопротивление пускового реостата.

Обычно выбирают

. По мере увеличения частоты вращения ротора сопротивление пускового реостата уменьшается, переходя от одной его ступени к другой. Ступени пускового реостата рассчитаны так, чтобы при переключении момент превышал статический момент.

2.12. Регулировка скорости

Частота вращения ротора АД.Из этого выражения следует, что скорость вращения ротора можно регулировать, изменяя любую из трех величин: скольжение с , частота тока в обмотке статора f 1 , число полюсов обмотки статора 2р.

Регулирование скорости вращения изменением скольжения происходит только при нагруженном артериальном давлении. В режиме холостого хода скольжение, а значит, и частота вращения ротора остаются практически неизменными.

Оценку любого способа регулирования частоты вращения производят по следующим показателям:

1.Возможный диапазон регулирования;

2. Плавная регулировка;

3. Изменить КПД привода во время регулирования.

Регулирование скорости путем изменения входного напряжения.   Пропорциональный крутящему моменту BP U 1 2   следовательно, механические характеристики двигателя при напряжениях ниже номинальных (рис.2.20) располагаются ниже естественных.

Если статический момент М СТ   остается постоянным, то при уменьшении напряжения на обмотке статора увеличивается скольжение артериального давления, уменьшается частота вращения ротора.

Регулировка скольжения таким образом возможна в пределах

.

Диапазон регулирования частоты вращения мал, что объясняется узкой зоной стабильной работы двигателя. Диапазон ограничен недопустимостью значительного превышения номинального напряжения и величиной критического скольжения.

При превышении номинального напряжения возникает опасность чрезмерного нагрева артериального давления, вызванного резким увеличением электрических и магнитных потерь.Двигатель с большим критическим скольжением имеет большие электрические потери и, следовательно, меньший КПД.

С понижением напряжения U 1  двигатель теряет перегрузочную способность и при нагрузках, близких к номинальным, происходит увеличение общих потерь и нагрев артериального давления.

Узкий диапазон регулирования и неэкономичность ограничивают область применения данного способа регулирования частоты вращения.

Регулирование частоты вращения нарушением симметрии приложенного напряжения.  Когда симметрия трехфазной системы переменного напряжения применяется к артериальному напряжению, вращающееся магнитное поле статора становится эллиптическим. Это поле содержит обратную составляющую (встречное поле), которая создает момент

, направленный противоположно моменту M PR, поэтому результирующий электромагнитный момент BP уменьшается:

.

Механическая характеристика двигателя в этом случае (рис.2.21, а) расположена в интервале между характеристикой при симметричном напряжении (1) и характеристикой при однофазном питании (2) — трехфазное напряжение предел дисбаланса.


Регулировка асимметрии подаваемого напряжения обеспечивается включением однофазного автотрансформатора АТ в одну из фаз (рис.2.21,б).

Недостатками данного метода управления являются узкий диапазон регулирования и снижение КПД двигателя при увеличении несимметрии напряжения. Обычно такой способ регулирования частоты вращения применяют только в двигателях малой мощности.

Регулирование скорости путем изменения активного сопротивления в цепи ротора.   Данный способ регулирования скорости возможен только при АД с фазным ротором. В цепь ротора включен регулировочный реостат, аналогичный пусковому, но рассчитанный на длительный режим работы. В зависимости от конструкции регулировочного реостата этот способ регулирования частоты вращения может быть плавным или ступенчатым.

Механические характеристики АД при различных значениях активного сопротивления цепи ротора (рис.2.22) показывают, что с увеличением активного сопротивления цепи ротора увеличивается скольжение, соответствующее заданному статическому моменту.Скорость ротора снижается.


Способ предусматривает регулирование частоты вращения в широком диапазоне от синхронной частоты вращения. Электрические потери в цепи ротора возрастают, но только за счет потерь в регулировочном реостате. Этот способ выгоднее предыдущего, несмотря на снижение КПД двигателя.

Регулирование скорости изменением частоты тока в обмотке статора (рис.2.23) . Этот способ управления основан на изменении синхронной скорости

, что возможно при наличии источника питания АД с регулируемой частотой — частотный преобразователь (ПЧ). Частотное управление позволяет плавно изменять скорость вращения ротора в широком диапазоне (до 12:1).

Чтобы настроить скорость, просто измените текущую частоту. ф 1   , но при этом изменится и максимальный электромагнитный момент артериального давления. Следовательно, для сохранения неизменной на требуемом уровне перегрузочной способности, коэффициента мощности и КПД двигателя необходимо одновременно с изменением частоты f 1   изменить и величину напряжения, подаваемого на обмотку статора U 1 .

Характер одновременного изменения ф 1   и U 1  зависит от закона изменения момента нагружения и определяется уравнением

, где

и

 — напряжение и крутящий момент при частоте

;

и

— напряжение и крутящий момент на частоте

.


Если скорость вращения ротора регулируется при нагрузке постоянным моментом (

), то напряжение, подаваемое на обмотку статора, должно изменяться пропорционально текущему изменению частоты (рис.2.24):

При реализации данного закона регулирования основной магнитный поток артериального давления при различных значениях частоты f 1   остается без изменений, а мощность двигателя увеличивается пропорционально увеличению частоты вращения.

Если регулирование производится при условии постоянной мощности двигателя (

), то прикладываемое напряжение к обмотке статора должно изменяться по закону (рис.2.25)



Рис.2,25

Регулирование скорости изменением числа полюсов обмотки статора. Этот метод управления скоростью обеспечивает регулировку скорости. Число полюсов обмотки статора можно изменить либо укладкой двух обмоток с разным числом полюсов в пазы статора, либо укладкой одной обмотки, конструкция которой позволяет получить разное число полюсов путем переключения групп катушек. Наиболее часто используется второй метод.

Принцип преобразования квадрупольной обмотки в биполярную показан на рис.2.26 на примере одной фазы: а) при последовательном соединении двух катушек друг с другом создаваемое ими магнитное поле образует четыре полюса; б) при последовательном встречном соединении — два полюса; в) при параллельном соединении — два полюса.

АД с переключением полюсов обмотки может работать в двух режимах: режиме постоянного момента (рис.2.27), когда при переключении обмотки статора с одного полюса на другой возникает момент на валу двигателя М 2   остается прежним и мощность P 2  изменяется пропорционально скорости вращения ротора

;



режим постоянной мощности  (рис.2.28), при переключении обмотки статора с одного полюса на другой П 2   остается примерно таким же, а момент на валу М 2  изменяется в зависимости от изменения скорости вращения ротора

.

Регулирование частоты вращения изменением числа полюсов обмотки статора применяют только в АД с короткозамкнутым ротором, т.к. в АД с фазным ротором пришлось бы применить на роторе обмотку с переключением полюсов, а это привело бы к недопустимому усложнению двигателя.


Регулирование частоты вращения введением в цепь ротора дополнительной ЭДС. В цепь ротора вводится от внешнего источника дополнительная ЭДС, имеющая частоту, идентичную основной ЭДС ротора, и направленную соответственно или противоположно ей.

Учитывая, что скачок артериального давления относительно невелик, для упрощения происходящих процессов можно принять, что

,

,

.Рассмотрим работу артериального давления при

.

Если

, то

и

. В обмотке вращающегося ротора до введения дополнительных ЭДС индуцируются ЭДС

  и протекает ток

, создающий необходимый крутящий момент электромагнитного момента. Векторная диаграмма для рассматриваемой ситуации изображена на рис.2.29, а.

При введении в цепь вращающегося ротора дополнительной ЭДС, направленной противодействующей ЭДС

, ток в обмотке ротора в первый момент времени уменьшается.В результате вращающий электромагнитный момент M   будет меньше статического момента

, и ротор начнет замедлять свою скорость.


При уменьшении частоты вращения ротора будут увеличиваться скольжение, ЭДС и ток в обмотке ротора. Увеличение тока в обмотке ротора и уменьшение частоты вращения ротора будет происходить до тех пор, пока этот ток при новом скольжении

не достигнет прежнего значения

, при котором выполняется равенство моментов

.Новое значение частоты вращения ротора соответствует векторной диаграмме на рис.2.29, б.

Аналогично можно показать, что если в цепь ротора ввести дополнительную ЭДС, направленную по ЭДС

, то скорость вращения ротора увеличивается.

Таким образом, при наличии соответствующего источника (преобразователя частоты), подключенного к цепи ротора, можно плавно и экономично регулировать скорость вращения ротора АД. Однако реализация этого способа требует более сложной системы управления, чем при регулировании частоты тока в обмотке статора.

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ И КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ В РАЗДЕЛЕ «АСИНХРОННЫЕ МАШИНЫ»

1. Исследование асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Холостой ход и короткое замыкание. Построение круговой диаграммы (КД) производительности.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПО ЗАЩИТЕ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

      Основные элементы конструкции асинхронного двигателя (АД) и их назначение.

      Назначение и принцип действия АД.

      Нарисуйте электрическую схему для определения клемм, принадлежащих одной фазе.

      Как маркировать выводы фаз обмотки статора АД?

      Как клеммы начинают маркировать фазы обмотки статора АД?

      Как маркировать выводы концов фаз обмотки статора АД?

      Как соединены выводы фаз обмотки статора AD при неполной схеме треугольник?

      Как соединены выводы фаз обмотки статора AD при неполной схеме звезды?

      Объясните, почему при соединении любых двух фаз в неполный треугольник и при подаче на них переменного напряжения ЭДС будет наводиться в третьей фазе?

      Объясните, почему при соединении любых двух фаз в неполную звезду и при подаче на них переменного напряжения ЭДС в третьей фазе не будет наводиться?

      Объясните как реализовать реверс ротора АД?

      Что такое простое артериальное давление?

      Величина скольжения АД на холостом ходу.

      Какие потери и откуда они появляются в АД на холостом ходу?

      Как получить значение коэффициента мощности по результатам опыта БП на холостом ходу?

      Что такое короткое замыкание АД?

      Величина скольжения в первый момент начала АД.

      Какие и где происходят потери артериального давления при коротком замыкании?

      Как получить значение коэффициента мощности по результатам опыта короткого замыкания?

      Каковы параметры контура эквивалентного артериального давления и как его определить из опытов холостого хода и короткого замыкания?

      Объясните выбор текущего масштаба при построении компакт-диска.

      Как центр круга токов CD?

      Как определяется фазный ток обмотки статора по КД?

      Какова величина приведенного фазного тока обмотки ротора на КД?

      Как проходит линия электромагнитных моментов КД?

      Как располагается линия полезных электромагнитных моментов КД?

      Как масштаб слайдов AD CD?

      Какой диапазон скольжения характеризует режим работы двигателя асинхронной машины (АД)?

      Какой диапазон скольжения характеризует режим генератора АД?

      Какой диапазон скольжения характеризует режим электромагнитного торможения АМ?

      Как определить критическое значение артериального давления с помощью круговой диаграммы.

      Ак КД определяется скоростью вращения ротора АД?

      Как устроена шкала коэффициента мощности АД КД?

      Как определяется коэффициент мощности КД АД?

      Как рассчитывается шкала моментов при исполнении КД?

      Как определяется величина электромагнитного момента по КД?

      Как определяется величина максимального электромагнитного момента по КД?

      Как определяется полезный момент АД по КД?

      Как рассчитывается шкала мощности при исполнении CD?

      Как определяется коэффициент эффективности артериального давления по КД?

      Как выбираются точки на окружности токов КД при построении рабочей характеристики АД?

      Каковы потери артериального давления при работе под нагрузкой?

      Как привести параметры АД к рабочей температуре обмоток?

    Исследование асинхронного двигателя с фазным ротором

Двигатель запускается с помощью пускового резистора.Получите и проанализируйте производительность при номинальных значениях напряжения и частоты.

ПРОВЕРОЧНЫЕ ВОПРОСЫ
ПРИ ЗАЩИТЕ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

      В чем конструктивные отличия асинхронных двигателей с фазным и короткозамкнутым ротором.

      Начертите электрическую схему исследования АД с фазным ротором и дайте необходимые пояснения.

      Какие преимущества и недостатки имеет фазо-роторный АД по сравнению с короткозамкнутым?

      Как происходит запуск АД с фазовращателем?

      Какая обмотка в цепи и зачем включен пусковой реостат?

      Каков характер сопротивления пускового реостата и почему?

      Почему при включении активного сопротивления в цепи ротора пусковой момент увеличивается, а пусковой ток уменьшается?

      Почему после завершения пуска АД необходимо убрать из цепи обмотки пусковой реостат?

      Как рассчитывается адское скольжение?

      Какими двумя способами можно определить величину проскальзывающего артериального давления?

      Почему стрелка магнитоэлектрического амперметра, включенного в цепь ротора, под нагрузкой и на холостом ходу колеблется?

      Изобразите и объясните зависимость скольжения ВР при изменении нагрузки на вал, запишите условия, при которых оно получено.

      Какова частота тока в обмотке ротора АД в первый момент пуска и что с ним происходит при разгоне?

      Почему пропадание АД без нагрузки называют постоянным?

      Почему коэффициент мощности холостого хода АД не равен нулю?

      Почему увеличивается ток в обмотках ротора и статора при увеличении нагрузки на вал БП?

      Какие потери артериального давления называют постоянными и переменными?

      Изобразите и объясните зависимость частоты вращения ротора АД при изменении нагрузки на валу, запишите условия, при которых она получена.

      Нарисуйте и объясните зависимость потребляемой активной мощности АД при изменении нагрузки на валу, запишите условия, при которых она была получена.

      Изобразите и объясните зависимость коэффициента мощности АД при изменении нагрузки на валу, запишите условия, при которых она получена.

      Нарисуйте и объясните зависимость коэффициента полезного действия (КПД) от изменения нагрузки на вал АД, запишите условия, при которых она выполняется.

      Нарисуйте и объясните зависимость тока фазы обмотки статора при изменении нагрузки на валу, запишите условия, при которых она выполняется.

      Как рассчитывается коэффициент мощности БП с фазным ротором по результатам исследований?

      Как рассчитывается значение эффективной активной мощности АД по результатам исследования?

      Как рассчитывают значение коэффициента эффективности артериального давления по результатам исследования?

      Почему не учитывают потери в магнитопроводе ротора АД при номинальной частоте вращения?

      Когда кровяное давление работает с максимальной эффективностью?

    Исследование асинхронного двигателя в трехфазном, конденсаторном и однофазном режимах

Получение и анализ характеристик асинхронного двигателя с тремя схемами обмотки статора.

ПРОВЕРОЧНЫЕ ВОПРОСЫ
ПРИ ЗАЩИТЕ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

      Нарисуйте схему исследования АД в трехфазном режиме и дайте необходимые пояснения.

      Какое магнитное поле создается трехфазной обмоткой статора при подаче синусоидального симметричного напряжения?

      Нарисуйте схему исследования АД в емкостном режиме и дайте необходимые пояснения.

      Какое магнитное поле создается однофазной обмоткой статора при подаче синусоидального напряжения?

      Нарисуйте принципиальную схему исследования АД в однофазном режиме и дайте необходимые пояснения.

      Когда однофазное кровяное давление не имеет начального пускового электромагнитного момента?

      Что такое нагрузка артериального давления и как ее можно изменить?

      Как определяется значение полезной мощности на валу при исследовании артериального давления?

      Как определяется скольжение при исследовании кровяного давления?

      Как определяется полезный электромагнитный момент при исследовании артериального давления?

      В чем разница между однофазным и емкостным режимами АД?

      Назначение конденсаторов в конденсаторном режиме АД.

      Назначение конденсатора пускового в однофазном и емкостном режимах работы АД.

      Почему в качестве фазосдвигающего элемента при пуске в однофазном и конденсаторном режимах используется конденсатор?

      Почему АД в конденсаторном режиме запускается с двух конденсаторов, а работает только с одним?

      Что понимают под круговыми, эллиптическими, пульсирующими магнитными полями?

      Каковы недостатки использования трехфазного АД в однофазном режиме?

      При каких условиях выполняются показатели АД в трехфазном, однофазном и конденсаторном режимах.

      Как определяется коэффициент мощности при исследовании АД в трехфазном режиме?

      Как определяется коэффициент мощности при исследовании АД в емкостном режиме?

      Как определяется коэффициент мощности при исследовании АД в однофазном режиме?

      Почему коэффициент мощности в конденсаторном режиме АД выше, чем в однофазном при одинаковой нагрузке на вал?

      Как определяется коэффициент полезного действия (КПД) при исследовании артериального давления в трехфазном режиме?

      Расшифровка

      Климатическое исполнение У и УХЛ Э, для трансформаторов климатического исполнения Т и трансформаторов 4,0кВ·А исполнения В-В… Параметр Расшифровка ОСМ Обозначение типа трансформатор : О — однофазный С — сухой М — многоцелевой…

    1. Выходной трансформатор Т25-960П

      Документ

      Обмотки выполнены на пластиковом каркасе. Трансформатор  стянут лепестками для крепления…. 1. Размеры трансформер . Рис. 2 Электрическая схема трансформатора и схема расположения обмоток. Мото данные трансформатор 6-8, 8-10…

    2. Трансформатор Тесла Энергия из эфира Содержание

      Литература

      Особенности формирования импульсов в первичной цепи трансформатор Тесла …………… …….……….15 6. Особенности положительного реверса… генераторов высокой частоты и трансформатора высокой частоты , именуемого « трансформатор » Тесла. Под его руководством…

Прямой пуск является наиболее распространенным методом пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Двигатель напрямую подключается к сети через стартер. В этом случае асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором развивает высокий пусковой момент при сравнительно небольшом времени разгона.Этот метод обычно используется для двигателей малой и средней мощности, которые достигают полной рабочей скорости за короткое время.

Прямой пуск. Этот метод используется для запуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Двигатели этого типа малой и средней мощности обычно проектируют так, чтобы при непосредственном подключении обмотки статора к сети пусковые токи не создавали чрезмерных электродинамических усилий и повышения температуры, опасных с точки зрения механической и термической прочности двигателя. основные элементы машины.

В асинхронных двигателях отношение L/R относительно невелико (особенно в малогабаритных двигателях), поэтому переходный процесс в момент включения характеризуется очень быстрым спадом свободного тока. Это позволяет пренебречь свободным током и учитывать только установившееся значение переходного тока.

Двигатели обычно запускаются с помощью электромагнитного выключателя К — магнитного пускателя (рис. 4.27, а) и автоматически разгоняются по естественной механической характеристике М (рис.4.27.6) из точки P, соответствующей начальному моменту запуска, в точку P, соответствующую условию M = Mst . Ускорение при разгоне определяется разностью абсцисс кривых М и Мст и моментом инерции ротора двигателя и механизма, который приводится во вращение. Если в начальный момент пуска Mp

Значение начального пускового момента можно получить из формулы (4.46а), приняв

Mn = m1 U12R»2/(w1[(R1+R»2) 2 + (Х1 + Х»2) 2]).

Отношение моментов Mn / Mn = kpm называется кратностью начального пускового момента. Для двигателей с короткозамкнутым ротором мощностью 0,6-100 кВт ГОСТ устанавливает kpm = 1,0÷2,0; мощностью 100-1000 кВт — КПМ. = 0,7 ÷ 1,0.

Получение кратных пусковых моментов, больших регламентированных ГОСТ, обычно нежелательно, так как это связано либо с увеличением активного сопротивления ротора (см. 4.58), либо с изменением конструкции ротора (см. § 4 .11), что ухудшает энергетические показатели двигателя.

Недостатком этого способа пуска, помимо сравнительно небольшого пускового момента, является также большой пусковой ток, в пять-семь раз превышающий номинальный ток.

Несмотря на указанные недостатки, пуск двигателя прямым включением обмотки статора в сеть получил широкое распространение благодаря простоте и хорошим технико-экономическим свойствам короткозамкнутого двигателя — низкой стоимости и высоким энергетическим показателям (η, cos φ1 , км и т.д.).

Пуск при пониженном напряжении. Такой пуск применяют для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором большой мощности, а также для двигателей средней мощности с недостаточно мощными электрическими сетями. Снижение напряжения можно осуществить следующими способами:

а) переключение обмотки статора с помощью переключателя с нормальной Δ-схемы на пусковую схему Y. При этом напряжение, подаваемое на фазы обмотки статора, уменьшается в √3 раза, что вызывает уменьшение фазных токов в √3 раза и линейных токов в 3 раза.По окончании процесса пуска и разгона двигателя до номинальных оборотов обмотка статора снова переключается на нормальную цепь;

б) включение дополнительных активных (резисторы) или реактивных (реакторы) сопротивлений в цепь обмотки статора на период пуска (рис. 4.28, а). При этом на указанных сопротивлениях создаются определенные падения напряжения ΔUд, пропорциональные пусковому току, вследствие чего на обмотку статора подается пониженное напряжение.По мере разгона двигателя ЭДКЭ2, индуцируемые в обмотке ротора, и, следовательно, пусковой ток уменьшаются. В результате падение напряжения ΔU add на указанном сопротивлении уменьшается, а напряжение, подаваемое на двигатель, автоматически увеличивается. После окончания разгона добавочные резисторы или дроссели замыкаются накоротко контактором К1;

в) подключение двигателя к сети через понижающий автотрансформатор АТР (рис. 4.28.6), который может иметь несколько ступеней, переключаемых в процессе пуска соответствующим оборудованием.

Недостатком данных способов пуска путем понижения напряжения является значительное снижение пускового и максимального моментов двигателей, которые пропорциональны квадрату приложенного напряжения, поэтому их можно использовать только при пуске двигателей без нагрузка.

На рис. 4.29, например, приведены механические характеристики двигателя при номинальном и пониженном напряжении, т. е. при включении обмотки статора по схемам Y и Δ, а также графики тока I1 и времени М при пуске двигателя переключением обмотки статора с Y на Δ.При соединении по схеме Y максимальный и пусковой моменты уменьшаются в три раза, в результате чего двигатель не имеет возможности запустить механизм с моментом нагрузки Mn.

Пусковой асинхронный двигатель

В момент пуска витка n = 0, т.е. скольжение S = 1. Поскольку токи в обмотках ротора и статора зависят от скольжения и увеличиваются с его увеличением, пусковой ток ток двигателя в 5 ÷ 8 раз превышает его номинальный ток

Istart = (5 ÷ 8) In.

Как обсуждалось ранее, из-за высокой частоты ЭДС ротора асинхронные двигатели имеют ограниченный пусковой момент.

М = (0,8 ÷ 1,8) Мн.

Для запуска двигателя необходимо, чтобы развиваемый им пусковой момент превышал момент на валу. В зависимости от мощности источников питания и условий пуска применяются разные способы пуска, преследующие цели: снижение пускового тока и увеличение пускового момента.

Различают следующие способы пуска асинхронных двигателей: прямое включение в цепь, низковольтный пуск, реостатный пуск, применение двигателей с улучшенными пусковыми свойствами.

2.11.1. Прямое подключение к сети

Это самый простой и дешевый способ начать. Номинальное напряжение подается на двигатель вручную или дистанционно. Непосредственное подключение к сети допускается, если мощность двигателя не превышает 5% от мощности трансформатора, если от него питается и осветительная сеть. Ограничение мощности обусловлено пусковым током в момент пуска, что приводит к снижению напряжения на зажимах вторичных обмоток трансформатора.Если осветительная сеть питается не от трансформатора, прямое подключение к сети допускается для двигателей, мощность которых не превышает 25 % мощности трансформатора.

2.11.2. Запуск при низком напряжении

Этот способ используется при запуске мощных двигателей, для которых неприемлемо прямое подключение к сети. Для снижения напряжения, подаваемого на обмотку статора, применяют дроссели и понижающие автотрансформаторы. После пуска на обмотку статора подается линейное напряжение.


Напряжение снижено с целью уменьшения пускового тока, но при этом, как следует из рис. 2.17 и 2.17.б, пусковой момент уменьшается. Если напряжение при пуске уменьшить в 3 раза, пусковой момент упадет в 3 раза. Поэтому такой способ пуска можно применять только при отсутствии нагрузки на вал, т.е. в режиме холостого хода.

Если по паспортным данным двигатель должен подключаться к сети по схеме треугольник, то для уменьшения пускового тока на время пуска обмотка статора включается по схеме звезда.

Основные недостатки данного способа пуска: дороговизна пускового оборудования и невозможность пуска с нагрузкой на вал.

При эксплуатации многих механизмов с приводом от асинхронных двигателей необходимо регулировать скорость вращения этих механизмов в соответствии с технологическими требованиями. Способы управления частотой (скоростью) вращения асинхронных двигателей выявляет соотношение:

n = (1 − S) n0 = (1 − S) 60f / p.

Отсюда следует, что при заданной нагрузке на вал скорость вращения ротора можно регулировать:

изменение скольжения;

изменение количества пар полюсов;

изменение частоты блока питания.

2.12.1. Изменение скольжения

Этот способ применяется в приводе тех механизмов, где установлены асинхронные двигатели с фазным ротором. Например, в приводе грузоподъемных машин. В цепь фазо-ротор введен регулировочный реостат. Увеличение активного сопротивления ротора не влияет на величину критического момента, но увеличивает критическое скольжение (рис. 2.21).

На рис. 2.21 приведены механические характеристики асинхронного двигателя при различных сопротивлениях регулировочного реостата Rр3 > Rр2 > 0, Rр1 = 0.

Как следует из рис. 2.21 с помощью этого метода можно получить большой диапазон регулирования скорости вниз. Основными недостатками этого метода являются:

Из-за больших потерь на регулировочном реостате снижается КПД, т.е. способ неэкономичен.

Механическая характеристика асинхронного двигателя с увеличением активного сопротивления ротора становится более мягкой, т.е. снижается устойчивость двигателя.

Невозможно плавно регулировать скорость.

Из-за вышеперечисленных недостатков этот метод используется для кратковременного снижения скорости вращения.

Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей

Из формулы следует, что частоту вращения ротора асинхронного двигателя можно регулировать следующими способами: изменением частоты f1 питающего напряжения, числа пар полюсов p , а значение скольжения s.

Регулировка частоты. Этот метод позволяет плавно изменять скорость в широком диапазоне.Для его реализации требуется питание двигателя от отдельного источника (рис. 2.18).

В настоящее время в качестве такого источника наиболее широко используются полупроводниковые статические преобразователи частоты.

В зависимости от требований к механическим характеристикам асинхронного двигателя с частотным регулированием и одновременно с изменением частоты f1 необходимо по определенному закону изменять напряжение U1, подаваемое на обмотку статора.

Максимальный момент двигателя ориентировочно (без учета сопротивления r1) определяется по (2.40),

.

Учитывая, что ,,, получаем

Если при регулировании скорости требуется, чтобы при любой частоте f1 максимальный момент оставался неизменным (регулирование с), то получаем

откуда следует, что регулировать n2 при необходимости напряжение U1, подаваемый на обмотку статора, следует изменять пропорционально его частоте. При этом основной магнитный поток машины при различных значениях частоты f1 остается неизменным, т.е.

(2,56)

19.

Недостатком частотного регулирования является относительно высокая стоимость преобразовательных установок.

Регулирование скорости изменением числа пар полюсов обмотки статора. Для реализации этого регулирования на статоре в общих пазах размещают не одну, а две обмотки, имеющие

различных шагов и, следовательно, разное число пар полюсов. В зависимости от требуемой скорости вращения к сети подключают ту или иную обмотку. Этот способ применяют относительно редко, так как он имеет существенный недостаток — малое использование обмоточного провода (работает только одна из обмоток).

Гораздо чаще изменение числа пар полюсов достигается за счет изменения (переключения) схемы подключения обмотки статора. Принцип работы такого переключателя показан на рис. 2.20.

При переходе с последовательного соединения двух катушек на параллельное число пар полюсов изменяется с 2 на 1. При наличии фазной обмотки на роторе ее также необходимо переключать одновременно с обмоткой статора, являющейся большой недостаток. Поэтому такой способ регулирования частоты вращения применяется только для двигателей с короткозамкнутым ротором.

Асинхронные двигатели с переключением числа пар полюсов называются многоскоростными. Они доступны с двумя, тремя и четырьмя скоростями. Известно большое количество схем, позволяющих переключать количество пар полюсов. Эти схемы делятся на схемы управления с постоянным моментом и схемы управления с постоянной мощностью. Механические характеристики двухскоростных двигателей показаны на рис. 2.21.


Рисунок 2.20 — Изменение числа пар полюсов путем переключения катушек:

а — две пары полюсов; б — одна пара полюсов


Рисунок 2.21 — Механические характеристики двухскоростного двигателя

с переключением числа пар полюсов в соотношении 2:1

при постоянном моменте (а) и при постоянной мощности (б)

Из всех способов управления частота вращения асинхронных двигателей, способ переключения числа пар полюсов является наиболее экономичным, хотя и имеет недостатки:

— двигатели имеют сравнительно большие габариты и массу по сравнению с двигателями нормального исполнения;

— скорость регулирования скорости.

Двигатели многоскоростные применяются для электроприводов машин и различных механизмов, частота вращения которых должна регулироваться в широких пределах (например, асинхронные двигатели подъемные).

Регулирование скорости вращения за счет изменения напряжения питания. Отмеченное регулирование можно осуществить через тиристорный регулятор напряжения РН (рис. 2.22).

Так как момент асинхронного двигателя пропорционален, механические характеристики при напряжениях меньше номинальных будут ниже естественных (рисунок 2.23).

Если момент сопротивления MS остается постоянным, то как следует из рисунка 2.23, при снижении напряжения увеличивается проскальзывание двигателя

.

Скорость вращения ротора снижена.

Регулировка скольжения таким образом возможна в пределах

0

Дальнейшее снижение напряжения (ниже U1 (2)) недопустимо, так как в этом случае Mmax

Регулирование скорости вращения двигателей путем изменения входного напряжения У1 есть существенный недостаток: в этом случае увеличиваются потери и, соответственно, снижается КПД двигателя.При уменьшении напряжения пропорционально U1 уменьшается основной магнитный поток машины, в результате чего при М = МС = const увеличивается ток в обмотке ротора и, следовательно, электрические потери в роторе. Снижаются магнитные потери в стали статора. Обычно при нагрузках двигателя, близких к номинальным, уменьшение U1 приводит к увеличению полных потерь и увеличению нагрева двигателя. Поэтому рассматриваемый способ регулирования частоты вращения применяют в основном для маломощных машин.

Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей включением в цепь ротора добавочного активного сопротивления. Этот способ регулирования применяется только в двигателях с фазным ротором. Он позволяет плавно изменять частоту вращения в широких пределах (рис. 2.24). Недостатками его являются: большие потери энергии в добавочных сопротивлениях, чрезмерно «мягкие» механические характеристики двигателя при большом сопротивлении в цепи ротора. В ряде случаев последнее неприемлемо, так как малому изменению момента нагрузки соответствует значительное изменение скорости.На практике этот способ применяется в основном для регулирования частоты вращения малых двигателей, например, в грузоподъемных устройствах.

При данном способе регулирования частоты вращения двигателя регулировочный реостат (добавочное активное сопротивление), включенный в цепь ротора, должен быть рассчитан на непрерывную работу. Поэтому пусковые резисторы, рассчитанные на кратковременное протекание тока в период пуска, нельзя использовать в качестве регулировочных.

Прямой пуск является наиболее распространенным методом пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.Двигатель напрямую подключается к сети через стартер. В этом случае асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором развивает высокий пусковой момент при сравнительно небольшом времени разгона. Этот метод обычно используется для двигателей малой и средней мощности, которые достигают полной рабочей скорости за короткое время.

Прямой пуск. Этот метод используется для пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Двигатели этого типа малой и средней мощности обычно проектируют так, чтобы при непосредственном подключении обмотки статора к сети пусковые токи не создавали чрезмерных электродинамических усилий и повышения температуры, опасных с точки зрения механической и термической прочности двигателя. основные элементы машины.

В асинхронных двигателях отношение L/R относительно невелико (особенно в малогабаритных двигателях), поэтому переходный процесс в момент включения характеризуется очень быстрым спадом свободного тока. Это позволяет пренебречь свободным током и учитывать только установившееся значение переходного тока.

Двигатели обычно запускаются с помощью электромагнитного выключателя К — магнитного пускателя (рис. 4.27, а) и автоматически разгоняются по естественной механической характеристике М (рис.4.27.6) из точки P, соответствующей начальному моменту запуска, в точку P, соответствующую условию M = Mst . Ускорение при разгоне определяется разностью абсцисс кривых М и Мст и моментом инерции ротора двигателя и механизма, который приводится во вращение. Если в начальный момент пуска Mp

Значение начального пускового момента можно получить из формулы (4.46а), приняв

Mn = m1 U12R»2/(w1[(R1+R»2) 2 + (Х1 + Х»2) 2]).

Отношение моментов Mn / Mn = kpm называется кратностью начального пускового момента. Для двигателей с короткозамкнутым ротором мощностью 0,6-100 кВт ГОСТ устанавливает kpm = 1,0÷2,0; мощностью 100-1000 кВт — КПМ. = 0,7 ÷ 1,0.

Получение кратных пусковых моментов, больших регламентированных ГОСТ, обычно нежелательно, так как это связано либо с увеличением активного сопротивления ротора (см. 4.58), либо с изменением конструкции ротора (см. § 4 .11), что ухудшает энергетические показатели двигателя.

Недостатком этого способа пуска, помимо сравнительно небольшого пускового момента, является также большой пусковой ток, в пять-семь раз превышающий номинальный ток.

Несмотря на указанные недостатки, пуск двигателя прямым включением обмотки статора в сеть получил широкое распространение благодаря простоте и хорошим технико-экономическим свойствам короткозамкнутого двигателя — низкой стоимости и высоким энергетическим показателям (η, cos φ1 , км и т.д.).

Пуск при пониженном напряжении. Такой пуск применяют для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором большой мощности, а также для двигателей средней мощности с недостаточно мощными электрическими сетями. Снижение напряжения можно осуществить следующими способами:

а) переключение обмотки статора с помощью переключателя с нормальной Δ-схемы на пусковую схему Y. При этом напряжение, подаваемое на фазы обмотки статора, уменьшается в √3 раза, что вызывает уменьшение фазных токов в √3 раза и линейных токов в 3 раза.По окончании процесса пуска и разгона двигателя до номинальных оборотов обмотка статора снова переключается на нормальную цепь;

б) включение дополнительных активных (резисторы) или реактивных (реакторы) сопротивлений в цепь обмотки статора на период пуска (рис. 4.28, а). При этом на указанных сопротивлениях создаются определенные падения напряжения ΔUд, пропорциональные пусковому току, вследствие чего на обмотку статора подается пониженное напряжение.По мере разгона двигателя ЭДКЭ2, индуцируемые в обмотке ротора, и, следовательно, пусковой ток уменьшаются. В результате падение напряжения ΔU add на указанном сопротивлении уменьшается, а напряжение, подаваемое на двигатель, автоматически увеличивается. После окончания разгона добавочные резисторы или дроссели замыкаются накоротко контактором К1;

в) подключение двигателя к сети через понижающий автотрансформатор АТР (рис. 4.28.6), который может иметь несколько ступеней, переключаемых в процессе пуска соответствующим оборудованием.

Недостатком данных способов пуска путем понижения напряжения является значительное снижение пускового и максимального моментов двигателей, которые пропорциональны квадрату приложенного напряжения, поэтому их можно использовать только при пуске двигателей без нагрузка.

На рис. 4.29, например, приведены механические характеристики двигателя при номинальном и пониженном напряжении, т. е. при включении обмотки статора по схемам Y и Δ, а также графики тока I1 и времени М при пуске двигателя переключением обмотки статора с Y на Δ.При соединении по схеме Y максимальный и пусковой моменты уменьшаются в три раза, в результате чего двигатель не имеет возможности запустить механизм с моментом нагрузки Mn.

Пусковой асинхронный двигатель

В момент пуска витка n = 0, т.е. скольжение S = 1. Поскольку токи в обмотках ротора и статора зависят от скольжения и увеличиваются с его увеличением, пусковой ток ток двигателя в 5 ÷ 8 раз превышает его номинальный ток

Istart = (5 ÷ 8) In.

Как обсуждалось ранее, из-за высокой частоты ЭДС ротора асинхронные двигатели имеют ограниченный пусковой момент.

М = (0,8 ÷ 1,8) Мн.

Для запуска двигателя необходимо, чтобы развиваемый им пусковой момент превышал момент на валу. В зависимости от мощности источников питания и условий пуска применяются разные способы пуска, преследующие цели: снижение пускового тока и увеличение пускового момента.

Различают следующие способы пуска асинхронных двигателей: прямое включение в цепь, низковольтный пуск, реостатный пуск, применение двигателей с улучшенными пусковыми свойствами.

2.11.1. Прямое подключение к сети

Это самый простой и дешевый способ начать. Номинальное напряжение подается на двигатель вручную или дистанционно. Непосредственное подключение к сети допускается, если мощность двигателя не превышает 5% от мощности трансформатора, если от него питается и осветительная сеть. Ограничение мощности обусловлено пусковым током в момент пуска, что приводит к снижению напряжения на зажимах вторичных обмоток трансформатора.Если осветительная сеть питается не от трансформатора, прямое подключение к сети допускается для двигателей, мощность которых не превышает 25 % мощности трансформатора.

2.11.2. Запуск при низком напряжении

Этот способ используется при запуске мощных двигателей, для которых неприемлемо прямое подключение к сети. Для снижения напряжения, подаваемого на обмотку статора, применяют дроссели и понижающие автотрансформаторы. После пуска на обмотку статора подается линейное напряжение.


Напряжение снижено с целью уменьшения пускового тока, но при этом, как следует из рис. 2.17 и 2.17.б, пусковой момент уменьшается. Если напряжение при пуске уменьшить в 3 раза, пусковой момент упадет в 3 раза. Поэтому такой способ пуска можно применять только при отсутствии нагрузки на вал, т.е. в режиме холостого хода.

Если по паспортным данным двигатель должен подключаться к сети по схеме треугольник, то для уменьшения пускового тока на время пуска обмотка статора включается по схеме звезда.

Основные недостатки данного способа пуска: дороговизна пускового оборудования и невозможность пуска с нагрузкой на вал.

При эксплуатации многих механизмов с приводом от асинхронных двигателей необходимо регулировать скорость вращения этих механизмов в соответствии с технологическими требованиями. Способы управления частотой (скоростью) вращения асинхронных двигателей выявляет соотношение:

n = (1 − S) n0 = (1 − S) 60f / p.

Отсюда следует, что при заданной нагрузке на вал скорость вращения ротора можно регулировать:

изменение скольжения;

изменение количества пар полюсов;

изменение частоты блока питания.

2.12.1. Изменение скольжения

Этот способ применяется в приводе тех механизмов, где установлены асинхронные двигатели с фазным ротором. Например, в приводе грузоподъемных машин. В цепь фазо-ротор введен регулировочный реостат. Увеличение активного сопротивления ротора не влияет на величину критического момента, но увеличивает критическое скольжение (рис. 2.21).

На рис. 2.21 приведены механические характеристики асинхронного двигателя при различных сопротивлениях регулировочного реостата Rр3 > Rр2 > 0, Rр1 = 0.

Как следует из рис. 2.21 с помощью этого метода можно получить большой диапазон регулирования скорости вниз. Основными недостатками этого метода являются:

Из-за больших потерь на регулировочном реостате снижается КПД, т.е. способ неэкономичен.

Механическая характеристика асинхронного двигателя с увеличением активного сопротивления ротора становится более мягкой, т.е. снижается устойчивость двигателя.

Невозможно плавно регулировать скорость.

Из-за вышеперечисленных недостатков этот метод используется для кратковременного снижения скорости вращения.

Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей

Из формулы следует, что частоту вращения ротора асинхронного двигателя можно регулировать следующими способами: изменением частоты f1 питающего напряжения, числа пар полюсов p , а значение скольжения s.

Регулировка частоты. Этот метод позволяет плавно изменять скорость в широком диапазоне.Для его реализации требуется питание двигателя от отдельного источника (рис. 2.18).

В настоящее время в качестве такого источника наиболее широко используются полупроводниковые статические преобразователи частоты.

В зависимости от требований к механическим характеристикам асинхронного двигателя с частотным регулированием и одновременно с изменением частоты f1 необходимо по определенному закону изменять напряжение U1, подаваемое на обмотку статора.

Максимальный момент двигателя ориентировочно (без учета сопротивления r1) определяется по (2.40),

.

Учитывая, что ,,, получаем

Если при регулировании скорости требуется, чтобы при любой частоте f1 максимальный момент оставался постоянным (регулирование с), то получаем

откуда следует, что для регулирования n2 при необходимости напряжение U1, подаваемое на обмотку статора, должно изменяться пропорционально его частоте. При этом основной магнитный поток машины при различных значениях частоты f1 остается неизменным, т.е.

(2,56)

19.

Недостатком частотного регулирования является относительно высокая стоимость преобразовательных установок.

Регулирование скорости изменением числа пар полюсов обмотки статора. Для реализации этого регулирования на статоре в общих пазах размещают не одну, а две обмотки, имеющие

различных шагов и, следовательно, разное число пар полюсов. В зависимости от требуемой скорости вращения к сети подключают ту или иную обмотку. Этот способ применяют относительно редко, так как он имеет существенный недостаток — малое использование обмоточного провода (работает только одна из обмоток).

Гораздо чаще изменение числа пар полюсов достигается за счет изменения (переключения) схемы подключения обмотки статора. Принцип работы такого переключателя показан на рис. 2.20.

При переходе с последовательного соединения двух катушек на параллельное число пар полюсов изменяется с 2 на 1. При наличии фазной обмотки на роторе ее также необходимо переключать одновременно с обмоткой статора, являющейся большой недостаток. Поэтому такой способ регулирования частоты вращения применяется только для двигателей с короткозамкнутым ротором.

Асинхронные двигатели с переключением числа пар полюсов называются многоскоростными. Они доступны с двумя, тремя и четырьмя скоростями. Известно большое количество схем, позволяющих переключать количество пар полюсов. Эти схемы делятся на схемы управления с постоянным моментом и схемы управления с постоянной мощностью. Механические характеристики двухскоростных двигателей показаны на рис. 2.21.


Рисунок 2.20 — Изменение числа пар полюсов путем переключения катушек:

а — две пары полюсов; б — одна пара полюсов


Рисунок 2.21 — Механические характеристики двухскоростного двигателя

с переключением числа пар полюсов в соотношении 2:1

при постоянном моменте (а) и при постоянной мощности (б)

Из всех способов управления частота вращения асинхронных двигателей, способ переключения числа пар полюсов является наиболее экономичным, хотя и имеет недостатки:

— двигатели имеют сравнительно большие габариты и массу по сравнению с двигателями нормального исполнения;

— скорость регулирования скорости.

Двигатели многоскоростные применяются для электроприводов машин и различных механизмов, частота вращения которых должна регулироваться в широких пределах (например, асинхронные двигатели подъемные).

Регулирование скорости вращения за счет изменения напряжения питания. Отмеченное регулирование можно осуществить через тиристорный регулятор напряжения РН (рис. 2.22).

Так как момент асинхронного двигателя пропорционален, механические характеристики при напряжениях меньше номинальных будут ниже естественных (рисунок 2.23).

Если момент сопротивления MS остается постоянным, то как следует из рисунка 2.23, при снижении напряжения увеличивается проскальзывание двигателя

.

Скорость вращения ротора снижена.

Регулировка скольжения таким образом возможна в пределах

0

Дальнейшее снижение напряжения (ниже U1 (2)) недопустимо, так как в этом случае Mmax

Регулирование скорости вращения двигателей путем изменения входного напряжения У1 есть существенный недостаток: в этом случае увеличиваются потери и, соответственно, снижается КПД двигателя.При уменьшении напряжения пропорционально U1 уменьшается основной магнитный поток машины, в результате чего увеличивается ток в обмотке ротора и, следовательно, электрические потери в роторе при М = МС = const. Снижаются магнитные потери в стали статора. Обычно при нагрузках двигателя, близких к номинальным, уменьшение U1 приводит к увеличению полных потерь и увеличению нагрева двигателя. Поэтому рассматриваемый способ регулирования частоты вращения применяют в основном для маломощных машин.

Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей включением в цепь ротора добавочного активного сопротивления. Этот способ регулирования применяется только в двигателях с фазным ротором. Он позволяет плавно изменять частоту вращения в широких пределах (рис. 2.24). Недостатками его являются: большие потери энергии в добавочных сопротивлениях, чрезмерно «мягкие» механические характеристики двигателя при большом сопротивлении в цепи ротора. В ряде случаев последнее неприемлемо, так как малому изменению момента нагрузки соответствует значительное изменение скорости.На практике этот способ применяется в основном для регулирования частоты вращения малых двигателей, например, в грузоподъемных устройствах.

При данном способе регулирования частоты вращения двигателя регулировочный реостат (добавочное активное сопротивление), включенный в цепь ротора, должен быть рассчитан на непрерывную работу. Поэтому пусковые резисторы, рассчитанные на кратковременное протекание тока в период пуска, нельзя использовать в качестве регулировочных.

Из курса электротехники известно, что асинхронные электродвигатели при пуске потребляют от сети значительные пусковые токи.Действительно, в момент пуска скольжение асинхронного двигателя с = 1, в номинальном режиме оно не превышает 0,05. Это означает, что в момент пуска вращающееся магнитное поле статора в 20 раз чаще пересекает обмотку ротора.

Однако пусковой ток в обмотках статора и ротора обычно не превышает номинальный более чем в 7-8 раз, так как в момент пуска индуктивное сопротивление цепи ротора резко возрастает из-за увеличения частоты тока .Известно, что индуктивное сопротивление любой цепи можно определить, но следующим выражением:

где L — индуктивная цепь.

В момент пуска частота тока в обмотке ротора при принятых выше условиях ( с начало = 1; с ном = 0,05) в 20 раз выше, чем в номинальном режиме. поэтому полное сопротивление цепи ротора Z = ? Р 2 + х л 2 при пуске значительно выше по сравнению с номинальным режимом.Этим и объясняется тот факт, что ток в момент пуска не в 20 раз превышает его номинальное значение, а лишь в 7-8.

Для самого электродвигателя повышенные пусковые токи большой опасности не представляют, так как они протекают в течение относительно короткого промежутка времени и не успевают перегреть обмотки. Однако повышенные пусковые токи приводят к большим провалам напряжения в питающей сети, что отрицательно сказывается на работе других потребителей. Это вынуждает применять ряд специальных мер, ограничивающих пусковые токи асинхронных электродвигателей.

Следует иметь в виду, что асинхронные электродвигатели, имея большой пусковой ток, имеют относительно небольшой пусковой момент, так как в момент пуска коэффициент мощности микросхемы ротора очень низкий. Вращательный момент, развиваемый асинхронным электродвигателем, согласно выражению (96), пропорционален не только току ротора, но и коэффициенту мощности роторной «цепи».

Поэтому схемы искусственного пуска асинхронных электродвигателей, рассматриваемые ниже, часто имеют своей целью не только снижение пусковых токов, но и увеличение пусковых моментов.

Пуск электродвигателей с фазным ротором . Асинхронные двигатели с фазным ротором, т. е. с ротором, имеющим контактные кольца, запускаются на вал с помощью пускового резистора, включенного в цепь ротора (см. рис. 40, а ). Введение реостата снижает пусковой ток и позволяет получить требуемый пусковой момент до М Крит . Выражение (93) показывает, что количество промахов с крит, при котором возникает максимальный момент, зависит от активного сопротивления фазы ротора.Поэтому, подобрав подходящее значение этого сопротивления, можно получить момент, близкий по величине к М крит (см. рис. 43 и 44).


Расчет пускового реостата удобно производить графоаналитическим методом, имеющим много общего с ранее рассмотренными методами для двигателей постоянного тока.

Для расчета пускового реостата необходимо знать номинальные данные электродвигателя и иметь его естественную механическую характеристику p = f ( M ): Последняя легко строится, как известно , из двух точек — от синхронной скорости при нулевом крутящем моменте и от номинальной скорости при номинальной (момент.Имея эти данные, можно рассчитать пусковой резистор следующим методом.

1. Выберите пределы изменения крутящего момента при пуске. М м ох и М мин и нанесены на пусковую диаграмму (рис. 47). При выборе моментов следует руководствоваться тем, что максимальный момент при пуске должен быть несколько меньше опрокидывающего момента, а минимальный момент должен быть несколько выше момента статического сопротивления. М с , причем чем меньше выбранная разность ( M м ох — М min ), чем больше ступеней будет у пускового реостата и тем плавнее и быстрее будет запускаться двигатель.

2. Пуск двигателя должен начинаться с точки. 1 , так как при трогании с места электродвигатель по условию, принятому выше, должен развивать момент М m oh   at n   = 0. Следовательно, первая пусковая характеристика но соответствующая полностью включенному пусковому резистору должна проходить через точки p 0 и 1 . Скорость мотора увеличится как M м ох > М в, я.е., возникает избыточный момент, сообщающий механизму ускорения. По мере увеличения скорости крутящий момент будет уменьшаться, и когда он достигнет M мин  (точка 2 ) первая ступень реостата должна быть выключена.

3. При отключении первой ступени двигатель переключается на работу с характеристики , а на характеристику б , соответствующую включенному пусковому реостату без первой ступени. При отключении первой ступени скорость электродвигателя практически не успевает измениться, поэтому можно считать, что переход от одной характеристики к другой происходит по горизонтальной линии. 2 3   и характеристика b   идет через точки p 0 и 3.

4. Дальнейший разгон двигателя уже по характеристике б  до тех пор, пока момент снова не снизится до М мин . При этом вторая ступень реостата должна быть отключена и электродвигатель пойдет работать на характеристике с . Переход происходит по горизонтальной линии 4 -5 , а характеристика с проходами через точки n 0 и 5 .

5. Когда при работе над характеристикой с момента ее уменьшения снова до М мин , отключается третья последняя ступень пускового резистора и электродвигатель начинает работать на естественной характеристике d . На этой характеристике разгон электродвигателя продолжается до тех пор, пока его момент не сравняется с моментом статического сопротивления. После этого разгон прекратится и электродвигатель будет работать с постоянной скоростью.

Следует отметить, что в рассматриваемом случае количество ступеней пускового реостата выбирается заранее.Поэтому моменты M м ох и М min следует выбирать таким образом, чтобы при отключении третьей ступени электродвигатель переходил на естественную характеристику d . Если этого не происходит, нужно немного изменить значения моментов. М макс  и М min  и повторите построение. В случае, когда количество ступеней не ограничено, построение ведется до тех пор, пока не произойдет переход к естественной характеристике.Число ступеней реостата определяется в этом случае пусковой схемой.

6. По пусковой схеме (см. рис. 47) легко определить сопротивление как всего реостата, так и отдельных его ступеней. Нетрудно доказать, что отрезок 7 9 представляет на шкале сопротивлений активное сопротивление фазы обмотки ротора, а отрезок 1 7 на той же шкале полное активное сопротивление фазы пускового реостата.штук 1 3 , 3 5   и 5 7 представляют соответственно величины активных сопротивлений первой, второй и третьей ступеней пускового реостата.

Шкала сопротивления может быть определена выражением

где 7 9   — сегмент на графике в единицах длины;

Р 2 — активное сопротивление одной фазы ротора, которое можно взять из паспортных данных электродвигателя или определить путем измерения или приближенного расчета по формуле

где s — номинальный скольжение;

т 2 — количество фаз ротора;

я 2 — номинальный ток в фазе.ротор;

M номинальный крутящий момент

Рассмотренный способ запуска асинхронных двигателей с фазным ротором прост и надежен. Это позволяет уменьшить пусковой ток и, при необходимости, увеличить пусковой момент вплоть до момента опрокидывания. Недостатком этого способа следует считать значительные потери энергии в пусковых реостатах, а также большие габариты последних при большом количестве ступеней. Во избежание применения слишком громоздких пусковых резисторов в крановых схемах часто применяют реостаты с так называемой несимметричной схемой, когда сопротивление вытягивается не одновременно из трех фаз цепи ротора, а постепенно.

В начальный момент пуска в цепь ротора электродвигателя вводится все сопротивление. Затем постепенно, по мере разгона электродвигателя, из цепи первой фазы удаляется первая ступень сопротивления, затем вторая, затем третья; при следующем положении регулятора второй уровень сопротивления получается из цепи первой фазы и так далее, пока последнее положение регулятора не снимет все сопротивление и не закоротит цепь ротора.

Такой способ пуска создает некоторую асимметрию токов цепи ротора, что, однако, не представляет опасности для электродвигателя и позволяет одновременно несколько уменьшить габариты пусковых резисторов и регуляторов.

Пуск электродвигателей с короткозамкнутым ротором.

Пуск мощных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором связан с рядом трудностей, так как ограничение пусковых токов введением в добавочные сопротивления. Роторная схема в данном случае неприменима. Как правило, в подъемно-транспортных машинах применяют электродвигатели с короткозамкнутым ротором сравнительно малой мощности, вследствие чего в ограничении пусковых токов обычно нет необходимости.

При питании асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором от сети в большинстве случаев его пуск производят подключением обмотки статора к полному питающему напряжению, как показано на рис. 48, , но .

При соизмеримости мощности электродвигателя с мощностью сети пусковые токи вызывают недопустимо большие перепады напряжения, что ухудшает условия работы других потребителей, питаемых от той же сети; в этом случае необходимо принять меры по ограничению пусковых токов.

При пуске включением полного напряжения обмотка статора подключается к сети простым включением соответствующего устройства — рубильника, контактора, магнитного пускателя и т.д. При этом происходит толчок пуска ток, в 7-8 раз превышающий номинальный ток электродвигателя. Следует иметь в виду, что импульс тока в момент пуска зависит не от нагрузки, а от величины сопротивления обмоток двигателя и напряжения сети.В связи с этим при необходимости снижения пусковых токов на двигатель в момент пуска подается пониженное напряжение.

Снижение напряжения, подаваемого на обмотку статора, может осуществляться:

а) переключение обмотки статора со звезды на треугольник;

б) с использованием активного сопротивления, включенного в цепь статора;

в) применение автотрансформатора.

Общим для всех этих методов является уменьшение пускового тока двигателя при уменьшении его пускового момента, который, как известно, пропорционален квадрату напряжения.Это означает, что рассматриваемый способ пуска применим лишь при малых моментах сопротивления.


Пуск переключением обмотки статора со звезды на треугольник применяется чаще всего для асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, у которых обмотка статора при нормальной работе соединена треугольником. Принцип действия схемы (рис. 48, б ) заключается в том, что в начальный период пуска обмотка статора включается звездой и включается в сеть.Когда электродвигатель развивает определенную скорость, обмотка переключается на треугольник. Очевидно, что пусковой ток при соединении звездой в 3 раза меньше, чем при соединении треугольником, так как напряжение, подаваемое на каждую фазу электродвигателя, в первом случае в 3 раза меньше, чем во втором случае. Правда, отправная точка будет в три раза меньше. Как показано на рис. 48, б для запуска двигателя таким способом не требуется сложного оборудования. Двигатель запускается обычным трехполюсным выключателем. Р .

Сравнительно редко применяется малоэкономичный способ пуска с помощью активного сопротивления, включенного в цепь обмотки статора. Этот способ пуска применяют только в тех случаях, когда обмотка статора электродвигателя при нормальной работе должна включаться звездой. При запуске выключатель сначала замыкается R 1 (рис. 48, и ). В этом случае обмотка статора подключается к сети через реостат. Р .Когда электродвигатель развивает определенное количество оборотов, выключатель замыкается. Р 2 и реостат зашунтирован.

Пуск асинхронных электродвигателей с помощью автотрансформатора также применяется довольно редко. При этом в первый пусковой период шестиполюсный переключатель Р (рис. 48, г ) поставить в положение 1 и к зажимам статора через автотрансформатор T подается пониженное напряжение. При разгоне электродвигателя переключатель устанавливается в положение 2   и статор находится под полным сетевым напряжением.

Общим недостатком всех рассмотренных способов пуска асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором от пониженного напряжения является значительное снижение пускового момента.

Для ограничения пускового тока без одновременного снижения пускового момента необходимо увеличить сопротивление обмотки ротора на время пуска. Для этого на роторе размещают не одну, а две короткозамкнутые обмотки (двухэлементные электродвигатели) или делают роторы с так называемой глубокой канавкой.

Двухсекционные асинхронные электродвигатели и электродвигатели с глубоким пазом имеют большой пусковой момент и меньший коэффициент пускового тока, чем короткозамкнутые электродвигатели обычной конструкции, однако стоимость первых значительно выше и они используется сравнительно редко.

.

0 comments on “Кратность пускового тока асинхронного двигателя: Как определить кратность пускового тока асинхронного двигателя

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.