4.2 Асинхронный двигатель с фазным ротором.

У асинхронного двигателя с фазным ротором величина скольжения зависит от величины сопротивления в роторной цепи, рис.14а. При , а при > 0: .

Для построения искусственной характеристики необходимо вычислить отношение: .

Величину определяем из уравнения:

где - сопротивление фазы неподвижного ротора при протекании тока .

Пример 2:

Построим естественную и искусственную механическую характеристику для асинхронного двигателя с фазным ротором, имеющего:

P_н = 55кВт, U_н= 3220/380В, n_н =2720 об/мин, λ = 2,2, U_2н = 376,

;

;

;

Естественную характеристику строим при S = 1; 0,04; 0,1; 0,166; 0,2; 0,4; 0,8; 1,0. Данные расчета М и n при заданных значениях S сводим в таблицу №2.

Таблица 2

SН	0	0,04	0,1	0,166	0,2
Sе	0	0,208	0,52	0,81	1
n	750	596	360	143	0
M	0	765	1470	1670	1645

Искусственную характеристику строим исходя из уравнения:

Результаты расчета М и n при заданных ранее значениях S сводим в таблицу №3.

По расчетным данным на рис.14 б. приведены естественная и искусственная механические характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором.

Таблица 3

Sе	0	0,04	0,1	0,166	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0
n	750	720	675	626	600	430	300	150	0
M	0	765	1470	1670	1645	1185	860	665	540

4.3 Пуск и торможение асинхронных электродвигателей

Пуск и торможение – основные динамические режимы электроприводов, в процессе которых изменяются ω и другие величины во времени. В момент подключения электродвигателя к сети без соответствующих пусковых устройств он будет потреблять из сети ток, значительно превышающий I_н, т.к. сопротивления обмотки статора двигателя с неподвижным якорем мало. По мере разгона двигателя увеличивается ЭДС якоря, а ток уменьшается. Большой пусковой ток нежелателен, т.к. в обмотках растут потери, способные вызвать их перегрев, и вследствие электромагнитного взаимодействия между проводами обмоток, возможно их повреждение. На коллекторах может возникнуть недопустимое искрение, пусковой момент на валу может развить большее чем необходимо ускорение.

В зависимости от величины статического момента различают легкий, нормальный и тяжелый режимы пуска.

К легкому относят режим пуска, когда статический момент не превышает 35-40% (насосы, вентиляторы при закрытой задвижке).

Нормальный режим пуска, когда М_с = ( ) (вентиляторы, насосы при открытых задвижках, небольшие ленточные конвейеры). Тяжелый режим, когда М_с > (подъемные машины, нагруженные конвейеры).

Много лет существовала два основных способа пуска асинхронных электродвигателей: непосредственно (прямое) включение короткозамкнутого электродвигателя в сеть при полном или пониженном напряжении и реостатный пуск. Они широко распространены и имеют ряд взаимодействий. С появлением частотных преобразователей стали применять пуск при пониженной частоте питающего напряжения с выхода преобразователя частоты (ПЧ).

Прямое включение асинхронного короткозамкнутого электродвигателя на полное напряжение сети – самое распространенное среди электродвигателей малой и средней мощности. Его достоинства – простота пуска, надежность, экономичность пусковой операции. Недостатки – большой пусковой ток I_пуск= ( 7)I_н, малый пусковой момент .

Большая величина пускового тока вызывает снижение напряжения в питающей сети, в обмотках трансформатора или генератора, а также нежелательные удары в передаточных устройствах.

Снижение напряжения в питающей сети создает неблагоприятные условия как для пуска данного электродвигателя, так и для работы подключенных электроприемников. Предельная мощность асинхронного короткозамкнутого электродвигателя, пускаемого прямым включением, зависит от мощности источника питания. При питании от трансформатора силовых и осветительных электроприемников рекомендуется включать электродвигатель, мощность которого не превышает 25% мощности трансформатора по схеме прямого пуска.

По мере нарастания скорости вращения электродвигателя сопротивление реостата постепенно уменьшается за счет переключения его ступеней. После окончания процесса пуска реостат замыкается накоротко, рис.15а.

В современном автоматизированном электроприводе выведение пусковых сопротивлений осуществляется путем замыкания ступеней пусковых сопротивлений , , , , контакторами ускорения. , , , .

Расчет пусковых сопротивлений реостата наиболее просто и удобно осуществляется графическим методом, сущность которого заключается в следующем. На основании каталожных данных с помощью формул (М_s) и (S) строится естественная механическая характеристика электродвигателя (обычно устойчивая ее часть) в любом удобном масштабе, рис.15б. Затем задаются наибольшим и наименьшим пусковым моментами. Наибольший пусковой момент М₁ обычно принимается равным (0,8  0,85) М_кр. Величина наименьшего пускового момента М₂ должна быть несколько больше момента сопротивления, так как в противном случае электродвигатель не разгонится. Чем ближе М₂ к М_н, тем больше среднее значение пускового момента, что не желательно для ускорения пускового процесса. Но, как следует из пусковой диаграммы на рис 15(б), увеличение М₂ вызывает увеличение числа ступеней сопротивления, что не выгодно, так как потребует большее количество контакторов ускорения при автоматическом – разгоне и большее число контакторов пускового реостата при ручном управлении. Обычно принимают 3-6 пусковых ступеней и из этого условия выбирают М₂.

Реостатные механические характеристики проводятся на пусковой диаграмме последовательно, начиная с первой нижней. Отрезки аж, ае, ад и т.д. пропорциональны сопротивлению роторной цепи, и в масштабе для сопротивлений будут соответствовать сопротивлениям отдельных ступеней пускового реостата. Первой ступени соответствует отрезок аж, второй – ае, третьей – ад и т. д. Отрезок АБ будет соответствовать внутреннему сопротивлению цепи ротора R_р. Первая секция пускового реостата определяется отрезком же, вторая – ед, третья – дг и т. д. Суммарное сопротивление реостата определяется отрезком бж.

Пример 3:

Рассчитать пусковые сопротивления для асинхронного электродвигателя с фазным ротором при пуске в пять реостатных ступеней. Статический момент на валу электродвигателя равен номинальному.

Каталожные и расчетные данные электродвигателя приведены в примере 2.

Решение:

Наибольший момент при пуске:

Наименьший момент при пуске подбираем опытным путем для получения шести реостатных ступеней в пределах .

Сопротивление фазы обмотки ротора:

Сопротивления реостатных ступеней определяется из выражения:

первой ;

второй

третьей

четвертой ;

пятой ;

Общее сопротивление пускового реостата для одной фазы:

или