Учебное пособие 800401

ПУСК И РЕВЕРСИРОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ

Пуск асинхронных двигателей небольшой мощности осуществляется простым включением в сеть.

Для изменения направления вращения ротора (реверсирования) необходимо изменить направление вращения магнитного поля, для этого меняют порядок чередования фаз статора. В производственных условиях это достигается при помощи двух магнитных пускателей при их раздельном включении (см. рис. 3.9). Для проверки реверсирования в лабораторных условиях достаточно поменять местами два любые линейные провода от сети, которые подключаются к клеммам U1, V1, W1 (С1, С2, С3) клеммной коробки двигателя.

Рис. 3.9 [6]

111

РЕГУЛИРОВАНИЕ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ РОТОРА

Частота вращения ротора определяется выражением:

Возможны три метода регулирования частоты вращения:

1. Изменением частоты питающего напряжения f при помощи тиристорных преобразователей частоты ТПЧ:

При уменьшении частоты f1 < fн снижается ω0, а магнитный поток Ф увеличивается. Это приводит к глубокому насыщению магнитной цепи и увеличению намагничивающего тока Im, что вызывает снижение энергетических показателей двигателя (cosφ и η). Для того, чтобы поток Ф оставался постоянным, необходимо при изменении частоты f1 в той же кратности изменять напряжение, то есть U1/f1=const. На

рис. 3.10 приведены механические характеристики асинхронного двигателя при частотном регулировании при U1/f1 = const,

игде f1>f2>f3.

2.Регулирование частоты вращения двигателя при изме-

нении величины напряжения сети.

Этот способ характеризуется значительным уменьшением

критического момента

МКРи = МКРе(U1/U1н)2,

при сохранении постоянным критического скольжения.

При уменьшении напряжения можно построить семейство механических характеристик (рис 3.11) с различным значением максимального момента, но с постоянным значением кри-

112

тического скольжения sКР.

3. Изменением числа пар полюсов р.

Регулирование частоты вращения производится ступенчато и при постоянной мощности Р. Поэтому в производственных условиях этот способ находит ограниченное применение, в основном - в электроприводах металлорежущих станков, на судах и др.

U=U1н

Рис. 3.11 [3]

КПД И ПОТЕРИ МОЩНОСТИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ C КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ

Асинхронный двигатель при работе потребляет из сети активную мощность

P1 = 3U1фI1фcos 1=√3U1ЛI1Лcos 1,

где U1ф – действующее значение фазного напряжения сети; I1ф – ток обмотки статора;

cos 1 – коэффициент мощности;

U1Л – действующее значение линейного напряжения; I1Л – линейный ток.

113

Часть этой мощности теряется в виде электрических потерь в активном сопротивлении обмотки статора (потери в

Часть мощности расходуется на потери в стали сердечника ротора Рс .

Оставшаяся часть мощности передается через воздушный зазор на ротор и называется электромагнитной мощностью

ΔPэм = P1 – Рм1 – Рс,

Эта мощность за вычетом потерь в активном сопротивлении обмотки ротора преобразуется в механическую мощность на валу двигателя

Pмех Pэм Pм2 .

Часть механической мощности теряется внутри двигателя в виде механических потерь Рмех. Это потери на трение в подшипниках, вентиляцию. Здесь же необходимо учесть и другие потери, которые называются добавочными –

Рдоб.

Полезная мощность на валу равна P M или

номинальный коэффициент полезного действия

н Pн P1н - Pн .

P1н P1н 114

Номинальный КПД асинхронных двигателей имеет величину 0,7-0,95. Малые значения КПД относятся к двигателям малой мощности, большие - к двигателям большой мощности. Максимальное значение КПД соответствует нагрузке, близкой к номинальной [3].

РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ

Рабочими характеристиками асинхронного двигателя называются функциональные зависимости s или n, I1, P или M, cos и η от Р2 при U1=U1н =const, f1=const.

Рабочие характеристики можно построить по экспериментальным данным или рассчитать. Рабочие характеристики дают возможность определять эксплуатационные свойства и наиболее экономичный режим работы двигателя.

Пример, построенных в прямоугольной системе координат, рабочих характеристик асинхронного двигателя приведен на рис. 3.12.

Рис. 3.12

Скоростной характеристикой называется зависимость n f (Р2 ) или s f (Р2 ) . На холостом ходу имеем, что s 0 или n n1(n0). При увеличении нагрузки на валу s растет и при но-

115

минальном режиме в двигателе нормального исполнения достигает величины sн 0,02 0,05. Эта зависимость почти прямолинейная. Частота вращения ротора в этом случае равна

n=(1 s) n1.

С изменением нагрузки от 0 до Рн частота вращения

уменьшается на 2 5 , то есть асинхронные двигатели имеют «жесткую» скоростную характеристику, как двигатели постоянного тока параллельного возбуждения.

Рассмотрим зависимость I1=f(P2). Асинхронные двигатели потребляют из сети значительный ток холостого хода, идущий в основном на создание магнитного потока

I0=(0,2 0,5)Iн. С увеличением Р2 вначале он растет почти линейно, затем крутизна кривой.

Аналогично изменяется и Р1=f(Р2), но потери холостого хода значительно меньше по сравнению с Рн.

Рассмотрим зависимость cos 1=f (P2). Для создания магнитного потока асинхронные двигатели потребляют из сети реактивную мощность. Соотношения между активной и реактивной мощностями оценивается коэффициентом мощности.

При холостом ходе активная мощность идет лишь на потери в двигателе, которые невелики, а реактивная мощность практически не зависит от режима работы (так как можно считать, что магнитный поток при изменении режима работы постоянен). Поэтому cos 0 0,2.

значения при Р2=Рн. Обычно cos н=0,8 0,9.

Неполная загрузка асинхронных двигателей является

одной из главных причин низкого cos промышленных предприятий, поэтому необходимо избегать длительных режимов работы асинхронных двигателей вхолостую или при небольших нагрузках.

Зависимость η f (Р2 ) имеет характерный для всех электрических машин вид. При холостом ходе η 0 . Затем КПД

резко возрастает и при Р2=0,5 0,7)Рн достигает максимума, а при дальнейшем увеличении Р2 несколько уменьшаются [10].

116

ЗАДАНИЕ НА ПОДГОТОВИТЕЛЬНУЮ РАБОТУ

1.Изучить устройство, принцип действия, схемы подключения к сети и технические характеристики асинхронных двигателей.

2.Начертить электрические схемы включения обмоток статора для исследования двигателя (рис. 3.13 и 3.14), ознакомиться с назначением и устройством их элементов, а также с порядком сборки цепи.

Рис. 3.13

Рис. 3.14

117

3.По паспортным данным рассчитать номинальный момент исследуемого двигателя.

4.Подготовить таблицу для записи экспериментальных данных при исследовании двигателя в различных режимах.

5.Изучить порядок проведения исследований двигателя

вуказанных режимах.

ПРОГРАММА РАБОТЫ

Объект исследования – асинхронный двигатель с корот-

nн=2718 об/мин, cos φ1Н=0,7.

1. Исследование двигателя при номинальном напряжении и соединении фаз обмотки статора звездой.

а) Собрать электрическую схему установки рис. 6.13.

б) Выполнить проверку правильности показаний приборов – вольтметра моментомера М и указателя частоты вращения n. Для этого:

-перевести рукоятки переключателей в положение АД;

-включить кнопку блока питания измерительных приборов;

в) Рукоятку ЛАТРа повернуть до предела против движения часовой стрелки, установив выходное напряжение ЛАТРа равным нулю. Произвести пуск двигателя в режиме холостого хода.

г) Включить источник питания тормоза (ЛАТР). Медленно вращая рукоятку ЛАТРа по часовой стрелке, увеличить тормозной момент электромагнитного тормоза, установив номинальный режим работы двигателя - при номинальном напряжении ток в амперметре должен быть равен номинальному (I=I1н).

Этому номинальному режиму соответствует номинальная частота вращения nн (указана в паспортных данных), которую необходимо выставить по указателю частоты вращения n (вольтметру) вращением отвёрткой рукоятки потенциометра в соответствующую сторону.

118

По измеренному значению Uм необходимо вычислить соответствующее ему значение момента в Нм. При линейной зависимости U=f(M) устройства дистанционного измерения момента, справедливо равенство

где М - значение вращающего момента двигателя при установленном нагрузочном режиме;

Uм - напряжение по измерителю момента, соответствующее данному моменту М;

kм- коэффициент момента, определяемый по Mн и

Uмн из соотношения kм = Mн /Uмн. е) Остановить двигатель.

ж) По данным табл. 3.1 построить:

- механическую характеристику двигателя при его работе на номинальном напряжении;

- рабочие характеристики двигателя n, s, P1, I1, М,

cos 1 , = f (P) .

2. Исследование двигателя при пониженном напряжении (U<Uн) и соединении фаз обмотки статора звездой.

Начала фаз обмотки статора двигателя соединяются с клеммами сети с напряжением 3~220 В.

Снять механическую характеристику n=f(M) двигателя при его работе на пониженном напряжении. Изменяя момент на валу двигателя с помощью ЭМТ, измерить значение скорости. Момент изменяют от 0. Необходимо следить затем, чтобы при увеличении нагрузки на валу скорость вращения ротора не стала меньше 2000 об/мин. Результаты измерения занести в табл. 3.2.

Построить механическую характеристику nи = f(М) двигателя при U<UН. на одном графике с естественной механической характеристикой.

120