Литература / Пиотровский_Электрические_машины_учебник_1974

E. Скольжение. Согласно формуле (25-9),

s — PadРэм-

Можно было бы получить скольжение s как отношение отрезков Ъс — Ра2иDe = Рт (рис. 27-9). Но такой способ может повести к гру­ бой ошибке, так как обычно

отрезок be весьма невелик; он не превышает 3—5% отрезка Da = Рj даже в двигателях небольшой мощности. Поэ­ тому применяется следующий способ определения s (рис. 27-10). Соединяют произ­ вольно взятую на окружнос­ ти токов точку Р с точками П, К и Т прямыми РІІ, PK

иРТ. Между прямыми PU

иРК проводят параллельно прямой РТ шкалу скольже­ ния так, чтобы отрезок тр можно было удобно делить

327

рис. 27-10 Pm' : Pm — 3); тогда масштаб ногой шкалы скольжения, проведенной через точку т' параллельно основной шкале скольже­ ния тр, будет в Рт : Рт раз больше масштаба последней.

Ж. Коэффициент полезного действия (к. п. д.). Как известно.

На круговой диаграмме (рис. 27-9) Р2 = Db и Pt — Da взяв отно­ шение отрезков Db и Da, можно было бы определить к. и. д двига­ теля. Но если Db/Da > 0,8, то при определении к. и. д. может быть допущена значительная ошибка, тем менее допустимая, чем больше мощность двигателя. На этом основании к. п. д. двигателя обычно определяют расчетным путем по способу отдельных потерь. Так как

Рі -Ъ Р

где

Отдельные виды потерь в этой формуле определяются следующим образом. Сумма механических потерь и потерь в стали Рмх Рс определяется из опыта холостого хода, а именно:

где Р0 и / 0ф — мощность и ток холостого хода при Ul — UHи / = /„; гх — сопротивление фазы обмотки статора.

Согласно сказанному выше [формула (27-8)], при изменении на­ грузки в нормальных пределах сумма Рмх + Р 0 = const.

Потери в проводниках обмотки статора

Потери в проводниках обмотки ротора определяются по (25-9): РЭ2 = sP9M. Определение скольжения s показано на рис. 27-10. Доба­ вочные потери Рд в асинхронных двигателях, работающих в номи­ нальном режиме, составляют, согласно ГОСТ 11828—66, 0,5% мощ­ ности Р х, подводимой к двигателю в этом режиме. Если предвари­

При изменении нагрузки принимают, что добавочные потери пе­ ресчитываются пропорционально току во второй степени.

Подставляя в формулу (27-11) значения всех видов потерь, полу­ чают значение к. п. д. для данного режима работы двигателя.

328

3. Перегрузочная способность двигателя (опрокидывающий мо­ мент). По формуле (26-2) Мт.ф = М тІМн. Чтобы определить из круговой диаграммы момент Мт, опускают из центра окружности токов 0 2 перпендикуляр на линию электромагнитной мощности и продолжают его до пересечения с окружностью токов в точке S (рис. 27-9). Нетрудно доказать, что отрезок SI — Мт и что, следова­ тельно,

Точку S можно найти и другим способом. Для этого достаточно провести касательную к окружности токов, параллельно линии электромагнитной мощности.

27-6. Построение круговой диаграммы для двигателей с переменными параметрами

Если сопротивление хк зависит от тока I j (рис. 27-8), то обычно строят три круговые диаграммы, каждую для заданного значения

329

= 0,342 и точка /7м для /* >н = 121 а и cos Чк = 0,434. Из точки Н проводят прямую, параллельную оси абсцисс, и, найдя на ней обычным способом центры Оъ 0 2 и 03, строят три окружности для токов / к н, / к и н /" н (последняя для ясности проведена штриховой линией).

Для построения линий электромагнитной мощности опускают перпендику­ ляры KaKlt КНК и К ЫКЪна горизонтальный диаметр окружностей и на каждом

Рис. 27-11. Круговая диаграмма двигателя с переменным хк

из перпендикуляров определяют точки К2, К4 и К6 так, чтобы, согласно урав­ нению (27-7),

Линиями электромагнитной мощности являются прямые НК.2Т., НК. Т2 и

ЯВД .

Линия полезной мощности круговой диаграммы 11К„1\ проходит через точки Н и Кп. Для того чтобы определить положение точки D, характеризую­ щей работу двигателя при номинальной нагрузке, необходимо отрезок Db, равный в масштабе мощности Ра = 11,9 кет, совместить с перпендикуляром, опущенным с окружности на горпзонталі.ный диаметр так, чтобы точка D рас­ положилась на окружности, а точка b на липни І1Ка. Номинальный ток выра­ жается вектором OD и равен /„ — 25 а, cos ср — 0,83. Шкала скольжений по­ строена так же как на рис. 27-11. Деления начальной части шкалы скольжения увеличены в три раза путем смещения се на утроенное расстояние от точки Р по сравнению с основной шкалой. Скольжение для поминальной нагрузки sH= 3,9%.

Из опыта холостого хода определяются потери механические п в стали статора:

/■'шх “г Л/с = Ро — 3/ьг1 = 565 — 3- 9,72 • 0,32 = 475 вт.

Из круговой диаграммы определяется электромагнитная мощность для поминальной нагрузки но отрезку Üс, эта мощность составляет Рш = 12 600 вт.

330

27-7. Уточненная круговая диаграмма

При вынесении намагничивающей цепи на внешние зажимы воз­

331

Глава д в а д ц а ть вос ьмая ПУСК В ХОД АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

28-1. Способы пуска

В гл. 8 уже было сказано, что любой электродвигатель, и в том числе асинхронный, оценивается по совокупности пусковых, рабочих и регулировочных характеристик.

Пусковые характеристики асинхронных двигателей тесно связаны с их конструкцией. Двигатели с фазной обмоткой ротора имеют по сравнению с двигателями с короткозамкнутой обмоткой ротора луч­ шие пусковые характеристики, так как включением в цепь ротора пускового реостата можно уменьшить пусковой ток / п и одновременно увеличить пусковой момент МП. Но двигатели с короткозамкнутой обмоткой ротора дешевле, надежнее в работе и имеют лучшие рабочие характеристики. Многочисленные попытки сочетать в одной конструк­ тивной форме преимущества обоих типов двигателей, избежав их недостатков или сведя их до минимума, показали, что эту задачу пока нельзя считать решенной. Наилучших результатов добились, приме­ няя двигатели с короткозамкнутой обмоткой ротора специального исполнения. В связи с ростом пропускной способности распредели­ тельных сетей такие двигатели в настоящее время выполняются на мощности порядка тысяч киловатт.

Главными способами пуска асинхронных двигателей являются: а) пуск в ход с помощью реостата, вводимого в цепь ротора двигателя с фазной обмоткой ротора; б) включение в сеть двигателей с короткозамкнутой обмоткой ротора при Ua = Ua (прямое включение); в) то же при и п ■< и н.

28-2. Пуск двигателей с фазной обмоткой ротора

Сопротивление гд пускового реостата (рис. 28-1) выбирается из соображений ограничения пускового тока. Обычно величина пуско­ вого тока получается допустимой при таком сопротивлении гд, когда начальное значение пускового момента Ма равно максимальному

нескольких ступеней сопротивления. На рис. 28-2, а приведены ме­ ханические характеристики двигателя для пяти значений сопро-_ тивления Гд, а на рис. 28-2, б — соответствующие зависимости тока от скорости вращения ротора.

Для уменьшения времени пуска выключение отдельных ступеней сопротивления следует производить при скорости вращения, соответ­ ствующей наибольшему вращающему моменту Мт двигателя для

мента Ма объясняется тем, что при включении в цепь ротора доба­ вочного сопротивления гя хк — г-> уменьшается угол ф2 между

332

э. д. с. Е'і и током 12 (увеличивается активная составляющая тока ротора Г2 cos ф2) и, согласно формуле (25-17), увеличивается вращаю­ щий момент Ма. При сопротивлении цепи ротора Гд -f г2 > хк ак­ тивная составляющая тока уменьшается, а это снижает вращающий момент.

Включение в сеть двигателя с разомкнутой обмоткой ротора мо­ жет вызвать значительные всплески тока, как это имеет место при включении ненагруженного трансформатора (рис. 16-3). Поэтому начала первых ступеней сопротивления трех фаз реостата соединяются в общую точку. Наличие замкнутой вторичной цепи предохраняет также от перенапряжений в обмотках статора и ротора при выключе­ нии двигателя.

Для пуска двигателей малой и средней мощности применяются металлические реостаты, чаще всего с масляным охлаждением, для двигателей большой мощности — водяные реостаты с подвижными электродами.

Для уменьшения числа контактов и удешевления пускового реос­ тата иногда добавочные сопротивления вводят только в две фазы об­ мотки ротора (рис. 28-3), что вызывает асимметрию тока ротора. Асимметричную систему токов в общем случае можно разложить на три симметричные системы с различным порядком следования фаз. Но система нулевой последовательности токов в данном случае от­ сутствует, так как средние точки реостата и обмотки ротора не сое­ диняются. Система прямого следования фаз и система обратного следования фаз вращаются относительно ротора с одинаковой скоростью

п2= 60/2/р == n±s

[формула (24-1)1, но в противоположные стороны. Ротор вращается со скоростью п — пх (1 — s) [формула (24-7)]. Следовательно, еко-

333

рость вращения прямого поля относительно статора

Таким образом, прямое поле вращается синхронно с полем статора, их взаимодействие создает на валу машины вращающий момент (ли­ ния 1 на рис. 28-4).

Обратное поле ротора вращается в пространстве с переменной скоростью, причем при изменении скольжения от s = 1 до s = 0,5 обратное поле вращается против вращения ротора; при s = 0,5 ско­ рость обратного поля щ (1 — 2s) —0,

апри изменении скольжения от s =

=0,5 до нуля направление враще­ ния обратного поля совпадает с нап­ равлением вращения ротора.

Для обратно вращающегося поля ротора можно считать обмотку статора замкнутой накоротко, так как сопротивление сети очень мало. Поэтому взаимодействие обратного поля ротора с короткозамкнутой обмоткой статора при скорости вращения ротора п << пѵ/2 приводит к увеличению вращающего момента двигателя, а при п > nJ2 момент, создаваемый обратным нолем, является тормозящим, как показано на рис. 28-4 (линия 2). Результирующий момент представлен линией 3. Резкое снижение вращающего момента наблюдается при

0,5 пJ и, если нагрузочный момент Мт окажется больше вращаю­ щего момента Мтт, то двигатель не достигнет нормальной для него скорости вращения, а будет устойчиво работать в точке а механи­ ческой характеристики.

Такое же явление наблюдается вследствие асимметрии токов обмотки ротора при нарушении контактов в цепи ротора.

Для автоматизации процесса пуска в некоторых случаях в цепь ротора включают активное сопротивление гд и последовательно или параллельно с ним индуктивное сопротивление хя.

334

По схеме рис. 28-5, а в первый момент пуска, когда s = 1 и /2 = /, индуктивное сопротивление велико и в основном ограничивает пуско­ вой ток. По мере увеличения скорости вращения ротора частота тока /з = fs уменьшается, соответственно чему уменьшаются э. д. с. ротора E 2s и индуктивное сопротивление xRs — xRs. В результате ток в цепи ротора спадает медленнее, чем при наличии только сопротивле­ ния Гд, т. е. пусковая операция идет более плавно.

По схеме рис. 28-5, б в начале пуска, когда частота /2 еще велика, велико и индуктивное сопротивление xR, поэтому основная часть тока ротора идет через активное сопротивление, которое таким образом определяет пусковой ток и вращающий момент. По мере увеличения скорости вращения ротора индуктивное сопротивление уменьшается пропорционально частоте /2 = fs и к концу пуска почти весь ток ро­ тора потечет по индуктивному сопротивлению. Такое перераспределе­ ние тока в цепи ротора позволяет иметь во время пуска почти постоян­ ные значения вращающего момента и тока.

28-3. Прямое включение асинхронного двигателя в сетъ

При этом способе включения двигателя с короткозамкнутой об­ моткой ротора явления, имеющие место в первый момент включения, те же, что и в короткозамкнутом трансформаторе. Как было показано (§ 16-2), сверхток короткого замыкания имеет две составляющие — периодическую, соответствующую установившемуся току короткого замыкания, и апериодическую, налагающуюся на первую составляю­ щую и затухающую во времени. В асинхронных двигателях затуха­ ние второй составляющей тока короткого замыкания происходит очень быстро. Поэтому под пусковым током двигателя / п обычно понимают только установившийся ток короткого замыкания.

Величина начального значения пускового тока обычно выражается отношением его к номинальному току и называется кратностью пус­ кового тока. Для современных двигателей кратность пускового тока находится в пределах Іи!Ін = 4 -f- 7; поэтому предохранители и теп­ ловое реле должны выдерживать кратковременно значительные

*токи.

Возможность прямого включения электродвигателя в сеть опре­ деляется падением напряжения, зависящим от пускового тока и пол­ ного сопротивления линии и трансформатора. В настоящее время в связи с ростом мощностей распределительных систем допускается

А. Понижение напряжения включением индуктивного сопротив­ ления. На рис. 28-6, а показана схема включения двигателя 1 и индук­ тивного сопротивления 2. При .пуске сначала замыкают рубильник 3, а затем при вращении ротора рубильник 4. Величина индуктивного сопротивления подбирается таким образом, чтобы кратность иуско-

335

вого тока / п//„ = 2 -г- 2,5; для этого нужно понизить напряжение на двигателе в 2—3 раза. Включение регулируемого индуктивного сопротивления позволяет осуществить плавный пуск двигателя. Начальное значение пускового момента уменьшается пропорцио­

нально (t/n/£/H)2, т. е. в 4—9 раз.

Б. Понижение напряжения автотрансформатором. Вместо индук­ тивного сопротивления можно применить автотрансформатор 5 (рис. 28-6, б). Применение автотрансформатора позволяет получить большую величину пускового момента, чем в случае индуктивного сопротивления при одинаковых токах в линии. Если сохранить преж­ нее значение Іп/Іп = 2 ~ 2,5, то требуется понижение напряжения автотрансформатором только в 1,5—2 раза, а это приводит к умень­ шению пускового момента в 2—4 раза.

Недостатком обоих способов пуска является значительная стои­ мость пусковой аппаратуры.

В. Переключение треугольник — звезда. В этом случае пуск осуществляется следующим образом (рис. 28-7). Переключатель ста­ вится в положение «пуск» и обмотка статора включается в сеть. При скорости вращения, близкой к номинальной, перебрасывают переключатель в положение «работа», чем и заканчивается пусковая операция.

При пушковом положении переключателя обмотки статора сое­ динены звездой, при рабочем положении — треугольником.

Пусть и л — напряжение в линии; t/у и £/д — напряжения на фазу при соединении обмоток статора звездой и треугольником;

/„.лТ; 7п.фу 7п.лд и / п.фд — пусковые токи в линии и в фазах обмотки статора при ее соединении звездой и треугольником. При соединении обмотки звездой

336