Лекция №14.

Устойчивая работа двигателя.

Устойчивая часть характеристики – участок характеристики от до .

Неустойчивая часть характеристики – участок характеристики от до .

При работе на устойчивой части характеристики момент развиваемый двигателем автоматически следует за изменением момента нагрузки. При работе на неустойчивой части характеристики этого не происходит.

Момент уравновешивает момент сопротивления . Допустим, момент сопротивления увеличился, и стал равен , что приведёт к уменьшению скорости вращения ротора, вследствие чего возрастёт величина скольжения, и момент станет равным моменту , который уравновешивает момент сопротивления .

Если момент сопротивления уменьшился, и стал равен , то скорость вращения ротора возрастёт, а величина скольжения уменьшится, и станет равной , вследствие чего уменьшится и момент вращения ротора до величины , при этом он будет уравновешивать момент сопротивления, то есть .

Даже незначительное возрастание момента сопротивления в неустойчивой части работы двигателя приведёт к уменьшению скорости вращения ротора , вследствие чего увеличится скольжение, а момент вращения ротора уменьшится. Это будет продолжаться до тех пор, пока величина скольжения не станет равной 1, и двигатель не остановится. Остановка двигателя способствует увеличению тока в обмотках. Для того, чтобы случайные перегрузки не вызвали перехода от устойчивого режима к неустойчивому, двигатель должен обладать перегрузочной способностью. Перегрузочная способность характеризуется коэффициентом , обычно .

Построение естественных механических характеристик.

В каталогах и технических справочниках не даются моменты, а даются соотношения и .

Номинальный вращающий момент можно определить следующей по формуле: . Все остальные текущие значения рассчитывают по формуле Клосса: , где , в которой ; - скорость вращения ротора в номинальном режиме; выбирается из ряда 3000, 1500, 1000, 750 и так далее, как ближайшее большее к скорости вращения ротора в номинальном режиме число.

Построение реостатных характеристик.

При включении сопротивления в цепь каждой фазы ротора снижается пусковой ток , и изменяется начальный пусковой момент , а также критическое скольжение , при этом максимальный критический момент остаётся неизменным.

1 – характеристика, при которой реостатное сопротивление равно нулю, то есть .

2 – характеристика, при которой .

3 – характеристика, при которой , причём .

Первая характеристика является естественной характеристикой двигателя. Вторая и третья характеристики являются реостатными характеристиками двигателя.

При неизменном моменте выполняется равенство , или .

Влияние изменения напряжения сети.

1 – характеристика, при которой напряжение равно номинальному, то есть .

2 – характеристика, при которой напряжение меньше номинального, то есть .

3 – характеристика, при которой напряжение больше номинального, то есть .

Вращающий момент прямо пропорционален квадрату напряжения, то есть .

Критическая величина скольжения не зависит от напряжения , а критический и пусковой моменты меняются при изменении напряжения. Однако, если момент вращения постоянен, то есть , то величина скольжения меняется в зависимости от напряжения .

При снижении напряжения величина скольжения увеличивается, что приводит к уменьшению скорости вращения ротора, так как потери в цепи ротора тоже растут, при этом пусковой момент также снижается.

Когда напряжение становится больше номинального, то увеличивается потребляемая реактивная мощность, поэтому отклонение напряжения от номинального не должно превышать пяти процентов.

Так как момент прямо пропорционален квадрату напряжения, то очевидно следующее равенство: , то есть, если напряжение упало на 10 процентов ( ), то момент , то есть момент уменьшится на 19 процентов.

Регулировка скорости вращения асинхронного двигателя.

Для регулировки скорости вращения асинхронного двигателя применяются следующие способы:

1. Включение реостата в цепь фазного тока. Увеличение сопротивления реостата приводит к уменьшению скорости вращения ротора двигателя .

2. Изменение числа пар полюсов. Так как величину можно найти по формуле , то меняя число пар полюсов будет меняться величина , что приведёт к изменении скорости вращения ротора двигателя.

3. Изменение частоты . Это способ позволяет плавно регулировать частоту и скорость, однако требует применения преобразователя частоты.

Получение двух различных скоростей вращения поля достигается размещением на статоре двух независимых обмоток, каждая из которых обеспечивает свою скорость вращения, или специальным выполнением обмотки, которая позволяет путём переключения изменить скорость вращения поля в два раза. На практике существует двухскоростной двигатель, имеющий обмотку, позволяющую переключение между двумя скоростями ; трёхскоростной двигатель, имеющий две обмотки, одна из которых выполнена с переключением на две скорости; четырёхскоростной двигатель, имеющий две независимые обмотки, обе из которых позволяют переключаться между двумя скоростями.

Реверсирование асинхронного двигателя.

Реверсирование – изменение направления вращения двигателя.

Ранее говорилось о том, что поле вращается в сторону катушки с отстающим по фазе током. С помощью переключателя можно менять порядок следования фаз на зажимах двигателя и провести следующую замену фаз: . Поле сразу же меняет своё направление на обратное, а это приводит к изменению направления вращения ротора.

Пуск асинхронного двигателя.

Пуск асинхронного двигателя сопровождается появлением в его цепи тока значительной величины. При пуске ток может увеличиваться в 4-8 раз, по сравнению с номинальным.

Пуск двигателя с короткозамкнутым ротором осуществляется непосредственным включением обмотки статора на полное напряжение питающей цепи.

Иногда для борьбы с увеличением пускового тока применяются специальные меры:

1. При пуске обмотка статора включена звездой. Рубильником подают напряжение из цепи трёхфазного тока. После достижения двигателем скорости, близкой к номинальной, обмотку статора переключают на треугольник. В этом случае пусковой ток и пусковой момент снижаются в три раза.

2. Применяется схема с автотрансформаторным пуском. Во время пуска, к двигателю через автотрансформатор подводят пониженное напряжение. При достижении двигателем достаточной скорости, статор включается на полное напряжение. Если удаётся снизить пусковой ток в раз, то и пусковой момент также снижается в раз.

3. В цепь статора включаются активные и индуктивные сопротивления, при этом, если пусковой ток снижается в раз, то пусковой момент снижается в раз.

4. Используются двигатели с улучшенными пусковыми характеристиками:

a. Двигатель с двойной короткозамкнутой обмоткой, у которого две обмотки располагаются концентрически: одна поверх другой. Верхняя обмотка выполняется из стержней с повышенным активным сопротивлением, а нижняя – с малым активным сопротивлением. При нормальной работе двигателя ток протекает главным образом по внутренней обмотке, которая называется рабочей. При пуске ток протекает по внешней обмотке, которая называется пусковой.

b. Существуют двигатели с глубоким пазом. Улучшенные пусковые характеристики получаются вследствие более эффективного распределения тока вдоль стрежня, находящегося в пазу при пуске и нормальной работе.

Пуск двигателя с фазным ротором. В цепь фазного ротора на время пуска включают добавочные сопротивления (пусковой реостат), что приводит к уменьшению пускового тока и пускового момента.

Пуск двигателя осуществляется в точке 1. В процессе пуска сопротивление реостата постепенно уменьшается. При достижении двигателем рабочей скорости вращения реостатное сопротивление полностью выключено, а обмотка ротора замкнута накоротко. Момент вращения ротора двигателя поддерживается на определённом уровне в процессе пуска. Точка 2 соответствует установившемуся режиму работы двигателя на естественной характеристике с моментом вращения ротора двигателя равным моменту сопротивления .

Тормозные режимы.

На практике находят применение механические и электрические режимы торможения. При электрическом торможении используется способность двигателей развивать тормозные моменты.

Динамическое торможение – торможение, при котором обмотка статора отключена от сети, и подключена к источнику постоянного тока. Неподвижное магнитное поле, созданное постоянным током, индуцирует ЭДС, которое вызывает ток в обмотке ротора, который продолжает вращаться по инерции. Взаимодействие индуцированного тока ротора с магнитным полем создаёт электромагнитный тормозящий момент. Кинетическая энергия, запасённая в движущихся частях агрегата и ротора, расходуется на преодоление тормозящего момента и преобразуется в тепло в обмотках ротора.