Некоторые свойства асинхронных электродвигателей

Вращающий момент электродвигателей и момент сопротивления механизма

Нормальный установившийся режим работы электродвигателя характеризуется равенством электро­магнитного момента М_д, развиваемого электродвигателем, и механического момента сопротивления М_с механизма, приводимого в действие электродвигателем:

М_д = М_с (9.1)

Если М_д < М_с, то электродвигатель будет тормозиться, а если М_д > М_с, то частота вращения электродвигателя будет увеличиваться. При неизменном напряжении питающей сети момент, разви­ваемый асинхронным электродвигателем, зависит от частоты вращения n или, что то же самое, сколь­жения s (рис. 9.1). В нормальных условиях равенство М_д = М_с имеет место при s = 0,02-0,05. Макси­мальный момент электродвигателя М_дмакс равен приблизительно двукратному номинальному моменту:

М_{д макс}/М_{д ном}=2 (9.2)

Частота вращения n_к и скольжение s_K, соответствующие максимальному моменту, называются крити­ческими.

Пусковой момент М_дпуск, соответствующий частоте вращения n = 0 или скольжению s = 1, в зависимо­сти от конструкции электродвигателя имеет разные значения. Ток, потребляемый статором электродвигателя из сети, состоит из тока намагничивания статора и тока ротора I_рот, приведенного к обмотке статора

(9.3)

Ток в роторе определяется наведенной в нем ЭДС, кото­рая зависит от скольжения. Токи ротора и статора также меняются с изменением скольжения.

Пуск электродвигателей

При пуске, т. е. при подаче напряжения на неподвижный электродвигатель, сопротивление его мало и ток ротора имеет максимальное значение. Соответственно, максимальное значение имеет и ток стато­ра. Ток статора при пуске электродвигателя называется пусковым током. Начальный пусковой ток ра­вен току трехфазного КЗ за сопротивлением, равным сопротивлению неподвижного электродвигателя. Пусковой ток состоит из переменной составляющей, затухающей по мере увеличения частоты враще­ния, и апериодической составляющей, затухающей в течение нескольких периодов. По мере разворота ток, потребляемый элек­тродвигателем, меняется вначале мало, и только при приближении к синхронной частоте вращения он быстро спадает. Объясняется это характером изменения сопротивления двигателя. Периодическая составляющая пускового тока электродвигателя при неподвижном роторе в 4-8 раз превосходит Пик тока с учетом апериодической составляющей достигает:

(9.4)

Длительность пуска электродвигателей как правило, не пре­восходит 10-15 с, и только у электродвигателей с тяжелыми условиями пуска это значение может быть значительно больше.

При возникновении КЗ в питающей сети вблизи зажимов электродвигателя, последний за счет внутренней ЭДС, поддерживаемой энергией магнитного поля, посылает к месту КЗ быстро затухаю­щий ток. Броски тока КЗ могут достигать значений пусковых токов. Зависимость момента электродвигателей от напряжения выражается формулой:

(9.6)

При КЗ в сети напряжение на зажимах электродвигателей снижается. В результате этого, моменты электродвигателей уменьшаются, и они начинают тормозиться, увеличивая скольжение до тех пор, пока вновь не восстановится равенство . Если при этом окажется, что то электродвигатель будет находиться на пределе устойчивой работы и иметь скольжение, равное критическому. При дальнейшем снижении напряжения электродвигатель будет тормозиться вплоть до полной остановки. После отключения КЗ напряжение питания восстанавливается, и дальнейшее поведение электродвигателя будет зави­сеть от скольжения, имевшего место в момент восстановления напряжения, и соответствующих ему значений

При электродвигатель развернется до нормальной частоты вращения, а при М_д < М_с будет продолжать тормозиться до полного останова. В этом случае электродвигатель необходимо отклю­чить, так как он будет потреблять пусковой ток, не имея возможности развернуться.

Самозапуск электродвигателей тяжелее обычного пуска. Объясняется это тем, что при самоза­пуске электродвигатели пускаются нагруженными, а электродвигатели с фазным ротором - без пус­кового реостата в цепи ротора, что уменьшает пусковой момент и увеличивает пусковой ток и, нако­нец, пускается большое количество электродвигателей одновременно, что вызывает падение на­пряжения в питающей сети от суммарного пускового тока. Однако самозапуск электродвигателей проходит сравнительно легко. Так самозапуск электродвигателей собственных нужд электростанций возможен даже в тех случаях, когда в первый момент после восстановления напряжения значение его составляет При этом общее время самозапуска не превышает 30-35 с, что допустимо по их нагреву.

В случае обрыва одной из фаз обмотки статора электродвигатель продолжает работать. Частота вращения ротора при этом несколько уменьшается, а обмотки двух, оставшихся в работе фаз пере­гружаются током в 1,5-2 раза большим номинального. Защита от работы на двух фазах применя­лась ранее лишь на электродвигателях напряжением до 500 В, защищенных предохранителями, если двухфазный режим работы может повлечь за собой повреждение электродвигателя. В настоящее время в связи с высокой стоимостью двигателей высокого напряжения и высокой вероятностью не-полнофазных режимов в питающей сети считается целесообразным, не вводя специальную защиту от режима работы двумя фазами, отключать двигатели защитой от перегрузки, которая имеет подходя­щие для этой цели уставку Токовые органы защиты от перегрузки в этом случае должны включаться не менее чем в 2 фазы трансформаторов тока двигателей.