Перечислите и охарактеризуйте потери мощности асинхронных двигателей. Приведите энергетическую диаграмму асинхронного двигателя.

Преобразование электрической энергии в меха­ническую в асинхронном двигателе связано с потерями энер­гии. Полезная мощность на выходе двигате­ля всегда меньше потребляемой из сети мощности на величину потерь.

Сумма всех потерь АД:

Подводимая мощность:

Полезная мощность:

Энергетическая диаграмма АД:

 

1. Магнитные потери в асинхронном двигателе вызваны потерями на гистерезис и вих­ревые токи в сердечнике при его перемагничивании. Их величина пропорциональна частоте перемагничивания.

, где

Частота перемагничивания сердеч­ника статора равна частоте тока в сети а частота перемагничивания сердечника ротора обычно равна 2-4 Гц, поэтому магнитные потери в сердечнике ротора малы и их не учитывают.

2. Электрические потери – на нагрев обмоток статора и ротора.

Причём сопротивления обмоток зависят от температуры и необходимо их пересчитывать на рабочую температуру обмотки.

Потери в роторе зависят от скольжения:

В АД с фазным ротором есть ещё потери на сопротивлении щёточных контактов:

Электромагнитная мощность двигателя:

3. Механические потери – потери на трение в подшипниках машины и на вентиляцию. - пропорциональны частоте вращения ротора.

4. Добавочные потери – все трудноучитываемые потери типа действия высших гармоник ЭДС, пульсацией индукции в зубцах и др. Принимаются обычно полпроцента от подводимой мощности

для неноминального режима, где

Электрические и добавочные потери – переменные потери, они зависят от нагрузки двигателя. Магнитные и механические потери не зависят от нагрузки и постоянны.

12. Укажите, какими показателями характеризуются пусковые свойства асинхронных дви­гателей. Приведите схему и объясните способ пуска асинхронного дви­гателя с фазным ротором.

Пусковые свойства асинхронного двигателя оцениваются следующими пусковыми характеристиками:

а) величиной пускового тока I_п или его кратностью I_п/I_н;

б) величиной пускового момента М_п или его кратностью М_п/М_н;

в) продолжительностью и плавностью пуска двигателя в ход;

г) сложностью пусковой операции;

д) экономичностью пусковой операции (стоимость и надежность пусковой аппаратуры).

Реостатный пуск. Пуск двигателей с фазным ротором производится с помощью пускового реостата в цепи ротора. Применяются проволочные, с литыми чугунными элементами, а также жидкостные реостаты. По условиям нагрева реостаты рассчитываются на кратковременную работу.

С увеличением активного сопротивления ротора растет пусковой момент. Это свойство положено в основу пуска асинхронных двигателей с фазным ротором. Схема пуска двигателя показана на рис.1, а, процесс разгона — на рис.1, б.

На схеме пусковой реостат состоит из двух секций. Сопротивление пускового реостата R_пподбирается такое, чтобы пусковой момент был близок к максимальному (кривая 3 на рис.1, б). Пуск двигателя начинается при полностью введенном пусковом сопротивлении (контакты 1 и 2 на рис.1, а разомкнуты). Двигатель разгоняется до частоты, соответствую­щей скольжению S1. В этот момент замыкаются контакты 2, и в цепи ротора оказывается только одна секция пускового сопротивления, что соответствует характеристике 2, и двигатель продолжает разгоняться до частоты, определяемой скольжением S2. Когда все контакты замкнутся, они отключат пусковой реостат, и двигатель «выйдет» на естествен­ную характеристику. На рис.1, а показан пусковой реостат, состоящий из двух секций. В общем случае количество секций может быть больше.

Пусковые характеристики асинхронного, двигателя при реостатном пуске наиболее благоприятны, так как высокие значения моментов достигаются при невысоких значениях пусковых токов. К сожалению, для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором такой пуск невозможен

13. Приведите схемы и объясните способы пуска асинхронного дви­гателя с короткозамкнутым ротором.

Различают следующие способы пуска в ход асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором: прямое включение в цепь, реакторный, автотрансформаторный, с переключением звезды на треугольник.

Рис. 1 - Схемы способов пуска двигателей с короткозамкнутым ротором: а - прямой; б - реакторный; в -автотрансформаторный; г - с переключением со звезды на треугольник.

 

Прямой пуск. При прямом пуске двигатель подключается к сети без пусковых устройств. Благодаря своей простоте он является одним из основных способов пуска трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.

Двигатели малой и средней мощности спроектированы на прямой пуск. Пусковой момент их составляет 100-130% от номинального, а пусковой ток превышает номинальный в 4-7 раз. Длительность пуска составляет доли секунд у двигателей небольшой мощности и несколько секунд у более мощных двигателей. Обмотки двигателей при этом не успевают нагреться, а крепления обмоток рассчитаны на динамические усилия, возникающие при пуске.

Прямой пуск всегда возможен, когда сеть достаточно мощна и пусковые токи двигателей не вызывают недопустимо больших падений напряжения в сети (не более 10-15%).

Если по условиям падения напряжения в сети прямой пуск двигателя с короткозамкнутым ротором невозможен, применяются различные способы пуска двигателя при пониженном напряжении (рис. 1. б, в и г).Однако при этом пропорционально квадрату напряжения на зажимах обмотки статора или квадрату пускового тока двигателя понижается также пусковой момент, что является недостатком пуска при пониженном напряжении, Поэтому эти способы пуска применимы, когда возможен пуск двигателя на х.х. или под неполной нагрузкой. Необходимость пуска при пониженном напряжении встречается чаще всего у мощных высоковольтных двигателей.

Реакторный пуск осуществляется согласно, схеме (рис. 1.б). Сначала включается выключатель В1, и двигатель получает питание через трехфазный реактор (реактивную или индуктивную катушку) Р, сопротивление которого х_р ограничивает величину пускового тока. По достижении нормальной скорости вращения включается выключатель В2, который шунтирует реактор, в результате чего на двигатель подается нормальное напряжение сети.

Пусковые реакторы строятся обычно с ферромагнитным сердечником и рассчитываются по нагреву только на кратковременную работу, что позволяет снизить их вес и стоимость. Для весьма мощных двигателей применяются также реакторы без ферромагнитного сердечника, с обмотками, укрепленными на бетонном каркасе. Выключатель В1 выбирается на такую отключающую мощность, которая позволяет отключить двигатель при глухом коротком замыкании за выключателем, а выключатель В2 может иметь низкую отключающую мощность.

Автотрансформаторный пуск осуществляется по схеме (рис. 1.в) в следующем порядке. Сначала включается выключатели В1 и В2, и на двигатель через автотрансформаторе Г подается пониженное напряжение. После достижения двигателем определенной скорости выключатель В2 отключается, и двигатель получает питание через часть обмотки автотрансформатора AT, который в этом случае работает как реактор. Наконец включается выключатель ВЗ, в результате чего двигатель получает полное напряжение.

Выключатель В1 должен быть выбран на отключающую мощность при коротком замыкании, а выключатели В2 и ВЗ могут иметь, меньшие отключающие мощности. Пусковые автотрансформаторы рассчитываются на кратковременную работу. Согласно ГССТ 3211 46, пусковые автотрансформаторы должны иметь ответвления, соответствующие величинам вторичного напряжения, равным 73, 64 и 55% от первичного при прямой схеме включения и 45, 36 и 27% при обратной схеме включения. В каждом конкретном случае выбирается подходящая ступень напряжения.

Пуск переключением «звезда — треугольник» (рис. 1,г)может применяться в случаях, когда выведены все шесть концов обмотки статора и двигатель нормально работает с соединением обмотки статора в треугольник, например, когда двигатель на 380/220 Вис соединением обмоток Y/Δ работает от сети 220 В. В этом случае при пуске обмотка статора включается в звезду (нижнее положение переключателя П на рис. 1.г) а при достижении нормальной скорости вращения переключается в треугольник (верхнее положение переключателя П на рис. 1.г).

Недостатком этого способа пуска по сравнению с реакторным и автотрансформаторным является то, что при пусковых переключениях цепь двигателя разрывается, что связано с возникновением коммутационных перенапряжений. Этот способ ранее широко применялся при пуске низковольтных двигателей, однако с увеличением мощности сетей потерял свое прежнее значение и в настоящее время используется сравнительно редко.