Этот способ применяют при пуске в ход мощных двигателей, для которых недопустимо прямое включение в сеть. Для понижения подводимого к обмотке статора напряжения используют дроссели и понижающие автотрансформаторы. После пуска в ход на обмотку статора подается напряжение сети.
Понижение напряжения производят с целью уменьшения пускового тока, но одновременно происходит уменьшение пускового момента. Если напряжение при пуске понизить в 
раз, пусковой момент понизится в 3 раза. Поэтому этот способ пуска можно применять только при отсутствии нагрузки на валу, т.е. в режиме холостого хода.
Основные недостатки этого способа пуска: высокая стоимость пусковой аппаратуры и невозможность пуска с нагрузкой на валу.
Этот способ применяют при тяжелых условия пуска, т.е. при большой нагрузке на валу. Для реостатного пуска используют асинхронные двигатели с фазным ротором, в цепь ротора включается пусковой реостат. Реостатный пуск служит для увеличения пускового момента. Одновременно происходит уменьшение пускового тока двигателя. По мере разгона двигателя пусковой реостат выводится и после окончания пуска обмотка ротора оказывается замкнутой накоротко.
На рис. 2.19 приведена схема реостатного пуска (рис. 2.19.а) и механические характеристики (рис 2.19.б) при этом пуске.
Рис. 2.19
Критическое скольжение равно:
для естественной характеристики Sкр1≈R2/X2;
для искусственной характеристики Sкр3≈(R2+Rпуск3)/X2.
Пусковой момент для искусственной характеристики можно рассчитать по формуле Клосса
| Mпуск= | 2Mкр | . |
| Sкр3/1+1/Sкр3 |
Задаваясь необходимой величиной пускового момента, можно вычислить Sкр3 и величину пускового сопротивления
|
| Sкр | = | R2 | . |
| Sкр3 | R2+Rпуск3 |
Стремление совместить достоинства асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором (высокая надежность) и фазным ротором (большой пусковой момент) привело к созданию этих двигателей. Они имеют короткозамкнутую обмотку ротора специальной конструкцией. Различают двигатели с обмоткой ротора в виде двойной «беличьей клетки» (рис. 2.20.а) и с глубоким пазом (рис. 2.20.б).
Рис. 2.20
На рис. 2.20 показаны конструкции ротора двигателей с улучшенными пусковыми свойствами.
У двигателя с двойной «беличьей клеткой» на роторе закладывается две короткозамкнутые обмотки. Обмотка 1 выполняет роль пусковой, а обмотка 2 является рабочей. Для получения повышенного пускового момента пусковая обмотка должна обладать большим активным сопротивлением, чем рабочая обмотка. Поэтому обмотка 1 выполняется из материала с повышенным удельным сопротивлением (латунь), чем обмотка 2 (медь). Сечение проводников, образующих пусковую обмотку, меньше, чем у рабочей обмотки. За счет этого повышается активное сопротивление пусковой обмотки.
Рабочая обмотка, расположенная глубже, охватывается большим магнитным потоком, чем пусковая. Поэтому индуктивное сопротивление рабочей обмотки значительно больше, чем пусковой. За счет этого в момент пуска в ход, когда частота тока ротора имеет наибольшее значение, ток в рабочей обмотке, как следует из закона Ома, будет небольшим и в создании пускового момента будет участвовать в основном пусковая обмотка, имеющая большое активное сопротивление. По мере разгона двигателя частота тока ротора падает, уменьшается и индуктивное сопротивление обмоток ротора, это приводит к увеличению тока в рабочей обмотке, за счет этого в создании вращающего момента будет участвовать, в основном, рабочая обмотка. Т.к. она обладает малым активным сопротивлением, естественная механическая характеристика двигателя будет жесткой.
Аналогичная картина наблюдается у двигателя с глубоким пазом (рис. 2.20.б). Глубокий стержень обмотки (1) можно представить в виде нескольких проводников, расположенных по высоте паза. За счет высокой частоты тока в обмотке ротора в момент пуска в ход происходит «вытеснение тока к поверхности проводника». За счет этого в создании пускового момента участвует только верхний слой проводников обмотки ротора. Сечение верхнего слоя значительно меньше сечения всего проводника. Поэтому при пуске в ход обмотка ротора обладает повышенным активным сопротивлением, двигатель развивает повышенный пусковой момент. По мере разгона двигателя плотность тока по сечению проводников обмотки ротора выравнивается, сопротивление обмотки ротора снижается.
В целом эти двигатели имеют жесткие механические характеристики, повышенный пусковой момент и меньшую кратность пускового тока, чем двигатели с короткозамкнутым ротором обычной конструкцией.
studfiles.net
Анализ зависимостей изменения величины дополнительных потей для различных типов двигателей от напряжения на их зажимах показывает что наиболее существенное влияние имеет значение коэффициента загрузки двигателя.
Установлено, что общим для рассмотренных двигателей является увеличение потребляемой реактивной мощности при увеличении подведенного напряжения.
Кроме того, удельное потребление реактивной мощности растет уменьшением коэффициента загрузки.
Для приближенных расчетов можно принимать, что для наибо распространенных трехфазных двигателей серии 4А мощностью 20 - 100 кВт повышение напряжения на 1% приводит к росту реактивной мощности приблизительно на 3%. Для двигателей меньшей номинальной мощности cоответствующее увеличение потреблямой реактивной мощности достигает 5 - 7%
При изменении напряжения на зажимах двигателя изменяется скольжение, а следовательно, и скорость вращения.
При снижении напряжения скорость вращения двигателей заметно снижается, особенно для двигателей меньшей мощности. Наоборот, повышение напряжения приводит к увеличению скорости двигателелей.
При работе двигателей с малыми коэффициентами загрузки влият изменения напряжения на скорость двигателей практически очень мало.
При оценке влияния изменения напряжения на экономичность работы асинхронных двигателей следует учитывать стоимость дополнтельных потерь электроэнергии, вызванных отклонением напряжения увеличение реактивной мощности, потребляемой двигателем, а также изменение экономических показателей, связанных с влиянием изменения скорости вращения на производительность соответствующих механизмов.
В настоящее время отсутствует единая методика оценки экономичности работы асинхронных двигателей. Некоторые специалисты вообще отрицают целесообразность и возможсть практического выполнения подобных расчетов, мотивируя это что изменение активной и реактивной мощности, потребляемой двигателем при относительно небольших отклонениях от номинального напряжения, мало, а влияние изменений скорости двигателей на (производительность механизмов в этих условиях практически вообще отсутствует и не может быть даже замечено.
В то же время имеются данные о том, что правильная оценка влияния изменений напряжения на экономичность работы асинхронных электродвигателей в ряде случаев позволяет получить существенный эффект.
Если влияние скорости вращения двигателя на производительность механизмов имеет место, то напряжение на зажимах двигателей должно поддерживаться не ниже номинального при малых коэффициентах грузки, и в пределах наибольшего допустимого значения при больших коэффициентах загрузки (близких к номинальной).
При отсутствии влияния скорости вращения двигателя на производительность механизмов целесообразно поддерживать напряжение на зажимах двигателей не выше номинального при больших коэффициентах загрузки и ниже номинального при малых коэффициентах загрузки.
Экономические характеристики могут быть построены как для отдельных электроприемников, так и для узлов распределительной сети или для узлов нагрузки электрических систем.
housea.ru
Одним из главных условий обеспечения нормальной работы электродвигателей является питание их электроэнергией, параметры которой соответствуют определенным требованиям к ее качеству.
Основные показатели качества электроэнергии (ПКЭ) связаны с такими параметрами, как отклонения частоты и напряжения, колебание напряжения, несинусоидальность и несимметрия напряжения. Во избежание длительного нарушения нормальной работы электродвигателей основные ПКЭ не должны выходить за пределы своих нормальных значений, а в послеаварийных режимах — за пределы определенных максимальных значений. Рассмотрим как показатели качества электроэнергии влияют на работу электродвигателей.
На надежность и долговечность работы электродвигателей в значительной степени влияет их тепловой режим. Так, для асинхронных и синхронных двигателей влияние отклонения напряжения на их тепловой режим зависит и от загрузки двигателей. Работа электродвигателей при пониженном напряжении приводит к перегреву изоляции и может явиться причиной выхода их из строя. Дело в том, что при снижении напряжения в пределах нормы (+ 10 %) токи ротора и статора увеличиваются в среднем соответственно на 14 и 10 %.
При значительной загрузке асинхронных двигателей отклонения напряжения приводят к существенному уменьшению его срока службы. При увеличении тока двигателя происходит более интенсивное старение изоляции. При отрицательных отклонениях напряжения на зажимах двигателя в 10 % и номинальной загрузке асинхронного двигателя срок его службы сокращается вдвое.
При отклонениях напряжения сети изменяется реактивная мощность синхронных двигателей, что имеет важное значение при использовании синхронных двигателей для компенсации реактивной мощности. Это относится в полной мере и к конденсаторным установкам. При недостаточной реактивной мощности, генерируемой в сеть синхронными двигателями, приходится дополнительно использовать батареи конденсаторов, что снижает надежность системы электроснабжения за счет увеличения числа элементов системы.
Колебания напряжения также, как и отклонения напряжения, оказывают отрицательное влияние на работу электродвигателей. Весьма чувствителен к отклонениям напряжения питающей сети вентильный электропривод, так как изменение выпрямленного напряжения приводит к изменению частоты вращения двигателей.
На предприятиях, имеющих собственные ТЭЦ, колебания амплитуды и фазы напряжения, возникающие при колебаниях напряжения, приводят к колебаниям электромагнитного момента, активной и реактивной мощностей генераторов, что отрицательно сказывается на устойчивости работы станции в целом, а, следовательно, на ее функциональной надежности.
Несинусоидальные режимы оказывают ощутимое влияние на надежность работы электродвигателей. Это объясняется тем, что при наличии высших гармоник в кривой напряжения более интенсивно протекает процесс старения изоляции, чем в случае работы электрооборудования при синусоидальном напряжении. Так, например, при коэффициенте несинусоидальности 5 %, через два года эксплуатации тангенс угла диэлектрических потерь конденсаторов увеличивается в 2 раза.
Несимметрия напряжения неблагоприятно сказывается на работе и сроке службы асинхронных двигателей. Так, несимметрия напряжения в 1 % вызывает значительную несимметрию токов в обмотках (до 9 %). Токи обратной последовательности накладываются на токи прямой последовательности и вызывают дополнительный нагрев статора и ротора, что приводит к ускоренному старению изоляции и уменьшению располагаемой мощности двигателя. Известно, что при несимметрии напряжения в 4 % срок службы асинхронного двигателя, работающего с номинальной нагрузкой, сокращается примерно в 2 раза; при несимметрии напряжения в 5 % располагаемая мощность асинхронного двигателя уменьшается на 5 — 10 %.
Магнитное поле токов обратной последовательности статора синхронных машин индуцирует в массивных металлических частях ротора значительные вихревые токи, вызывающие повышенный нагрев ротора и вибрацию вращающейся части машины. При значительной несимметрии вибрация может оказаться опасной для конструкции машины.
Нагрев обмотки возбуждения синхронного двигателя за счет дополнительных потерь от несимметрии напряжения приводит к необходимости снижать ток возбуждения, при этом уменьшается реактивная мощность, выдаваемая синхронным двигателем в сеть.
Киреева Э. А.
12 июля 2011 в 08:56 4802
14 ноября 2012 в 10:00 3906
27 февраля 2013 в 10:00 2270
21 июля 2011 в 10:00 2194
29 февраля 2012 в 10:00 1861
24 мая 2017 в 10:00 1635
16 августа 2012 в 16:00 1604
28 ноября 2011 в 10:00 1362
31 января 2012 в 10:00 1303
20 июля 2012 в 10:00 1111
energoboard.ru
Поскольку в питающих сетях присутствует падения напряжений, которые могут вызываться различными факторами (нехваткой мощности сети, прямой пуск электроприводов большой мощности и так далее), то эти падения имеют негативное влияние на работу асинхронных электроприводов. Рассмотрим почему.
Как известно момент, который будет развивать асинхронный электродвигатель, в не зависимости от скольжения машины, всегда будет пропорционален квадрату напряжения приложенного к его обмоткам:
Где: m1 – количество фаз питающего напряжения, ω0 – скорость холостого хода измеряемая в радианах в секунду – рад/с.
Ток двигателя буде таким:
Подставив в эти выражения значения скольжения, напряжения и тока получим определенное семейство характеристик асинхронного электродвигателя при различных значениях напряжения на зажимах электродвигателя.
Данные характеристики построены не в стандартных осях момента М и скольжения s, а в относительных единицах.
Из приведенных выше характеристик четко видно, что скольжение асинхронной машины не зависит от изменений питающего напряжения. Устойчива работа электропривода возможна со статическим моментом только на участке от синхронной скорости до критического скольжения (sк). Соответственно при снижении напряжения питания эта зона существенно снижается. Также у асинхронного электродвигателя значительно снижается пусковой момент, что делает невозможным его запуск с номинальным моментом при значительном снижении напряжения питающей сети.
Так как снижение напряжения наблюдается не только в бытовых но и в промышленных сетях, необходимо убедится, что значения критического и пускового момента асинхронного электродвигателя будут удовлетворять заданным параметрам рабочего органа даже при минимально возможном напряжении питания данной сети. Это необходимо для безаварийной и надежной работы систем.
elenergi.ru
В процессе эксплуатации асинхронных двигателей может оказаться, что питающее напряжение U1 при неизменной частоте f1 будет отличаться от номинального значения. В связи с этим представляет практический интерес выяснить, как эти отклонения напряжения повлияют на характеристики двигателя. При анализе будем считать, что момент сопротивления Мсостается неизменным и равным электромагнитному моменту М двигателя.
Работа двигателя при U1< U1 ном.Характеристики двигателя при любых значениях напряжения могут быть получены с помощью схемы замещения. Здесь проведем качественный анализ влияния снижения напряжения U1на основные показатели двигателя. Как было сказано, при снижении подводимого напряжения увеличивается скольжение и пропорционально квадрату напряжения уменьшается максимальный момент, т. е. снижается перегрузочная способность двигателя. Известно, что при снижении U1 пропорционально уменьшается результирующий магнитный поток Ф, а также и намагничивающий ток двигателя I12. Вследствие нелинейности магнитной характеристики изменение намагничивающего тока I12 происходит более резко, чем магнитного потока Ф. При уменьшении магнитного потока снижаются магнитные потери в статоре.
Так как Мс = М = сМ Ф I2 cos ψ2=const, то при уменьшении потока Ф соответственно увеличится активная составляющая тока ротора I2 cos ψ2. Из-за увеличения скольжения s и частоты в роторе f2 происходит возрастание и реактивной составляющей этого тока. Таким образом, при уменьшении напряжения U1 ток I2 и угол ψ2 увеличиваются (tg ψ2= x2s/r2). Соответственно пропорционально I22возрастают и электрические потери в обмотке ротора.
Ток статора I1 имеет две составляющие, одна I12 уменьшается, а другая (-I'2) увеличивается при снижении U1. Как изменится ток I1 при уменьшении U1 зависит оттого,какая из этих составляющих будет оказывать на него более сильное влияние. Обычно при больших нагрузках сильнее влияет составляющая I'2и ток I1 возрастает, а при малых нагрузках сильнее проявляет влияние составляющая I12 и ток I1 уменьшается.
В соответствии с этим при больших нагрузках электрические потери в обмотке статора увеличиваются, а КПД и cos φ1 двигателя уменьшаются. При малых нагрузках картина будет обратной.
Из-за увеличения потерь и нагрева обмоток работа асинхронных двигателей с нагрузками, близкими к номинальной, при значительном снижении питающего напряжения может оказаться невозможной. Согласно ГОСТ 183-74 допустима работа двигателей с номинальной мощностью при уменьшении питающего напряжения до 5 % номинального.
При малых нагрузках в целях повышения энергетических показателей двигателя (КПД и cos φ1) бывает иногда целесообразно подключение их на пониженное напряжение. Для этой цели, например, например, в практике используется переключение обмотки статора с треугольника на звезду у двигателей, длительная нагрузка которых не превышает 30-40% номинальной. При этом переключении фазное напряжение уменьшается в √3 раз.
Работа двигателя при U1> U1 ном. Анализ работы двигателя при U1> U1 ном можно провести так же, как и в предыдущем случае. Следует однако иметь в виду, что если магнитная цепь двигателя достаточно насыщена, то увеличение потока, которое произойдет при повышении напряжения U1 вызовет сильное возрастание намагничивающего тока I12. Он может стать больше номинального тока статора и тогда длительная работа двигателя будет невозможна даже при холостом ходе. Согласно ГОСТ 183-74 допустима работа двигателя с номинальной мощностью при повышении питающего напряжения до 10 % номинального.
www.poznayka.org
В процессе эксплуатации асинхронных двигателей может оказаться, что питающее напряжение U1 при неизменной частоте f1 будет отличаться от номинального значения. В связи с этим представляет практический интерес выяснить, как эти отклонения напряжения повлияют на характеристики двигателя. При анализе будем считать, что момент сопротивления Мсостается неизменным и равным электромагнитному моменту М двигателя.
Работа двигателя при U1< U1 ном.Характеристики двигателя при любых значениях напряжения могут быть получены с помощью схемы замещения. Здесь проведем качественный анализ влияния снижения напряжения U1на основные показатели двигателя. Как было сказано, при снижении подводимого напряжения увеличивается скольжение и пропорционально квадрату напряжения уменьшается максимальный момент, т. е. снижается перегрузочная способность двигателя. Известно, что при снижении U1 пропорционально уменьшается результирующий магнитный поток Ф, а также и намагничивающий ток двигателя I12. Вследствие нелинейности магнитной характеристики изменение намагничивающего тока I12 происходит более резко, чем магнитного потока Ф. При уменьшении магнитного потока снижаются магнитные потери в статоре.
Так как Мс = М = сМ Ф I2 cos ψ2=const, то при уменьшении потока Ф соответственно увеличится активная составляющая тока ротора I2 cos ψ2. Из-за увеличения скольжения s и частоты в роторе f2 происходит возрастание и реактивной составляющей этого тока. Таким образом, при уменьшении напряжения U1 ток I2 и угол ψ2 увеличиваются (tg ψ2= x2s/r2). Соответственно пропорционально I22возрастают и электрические потери в обмотке ротора.
Ток статора I1 имеет две составляющие, одна I12 уменьшается, а другая (-I'2) увеличивается при снижении U1. Как изменится ток I1 при уменьшении U1 зависит оттого,какая из этих составляющих будет оказывать на него более сильное влияние. Обычно при больших нагрузках сильнее влияет составляющая I'2и ток I1 возрастает, а при малых нагрузках сильнее проявляет влияние составляющая I12 и ток I1 уменьшается.
В соответствии с этим при больших нагрузках электрические потери в обмотке статора увеличиваются, а КПД и cos φ1 двигателя уменьшаются. При малых нагрузках картина будет обратной.
Из-за увеличения потерь и нагрева обмоток работа асинхронных двигателей с нагрузками, близкими к номинальной, при значительном снижении питающего напряжения может оказаться невозможной. Согласно ГОСТ 183-74 допустима работа двигателей с номинальной мощностью при уменьшении питающего напряжения до 5 % номинального.
При малых нагрузках в целях повышения энергетических показателей двигателя (КПД и cos φ1) бывает иногда целесообразно подключение их на пониженное напряжение. Для этой цели, например, например, в практике используется переключение обмотки статора с треугольника на звезду у двигателей, длительная нагрузка которых не превышает 30-40% номинальной. При этом переключении фазное напряжение уменьшается в √3 раз.
Работа двигателя при U1> U1 ном. Анализ работы двигателя при U1> U1 ном можно провести так же, как и в предыдущем случае. Следует однако иметь в виду, что если магнитная цепь двигателя достаточно насыщена, то увеличение потока, которое произойдет при повышении напряжения U1 вызовет сильное возрастание намагничивающего тока I12. Он может стать больше номинального тока статора и тогда длительная работа двигателя будет невозможна даже при холостом ходе. Согласно ГОСТ 183-74 допустима работа двигателя с номинальной мощностью при повышении питающего напряжения до 10 % номинального.
poznayka.org
В тех случаях, когда из-за большого падения напряжения в сети прямой пуск для короткозамкнутых двигателей недопустим, применяют подключение их обмоток статора в первый момент пуска на пониженное напряжение, при этом пусковой ток уменьшается, что приводит к снижению падения напряжения в сети. Недостатком такого способа пуска является снижение начального пускового моментапропорционально квадрату напряжения. Поэтому этот способ пуска применяется в тех случаях, когда отсутствует нагрузочный момент на валу или когда этот момент невелик. Для снижения подводимого к статору двигателя напряжения используются следующие схемы: пуск через реактор, пуск через автотрансформатор, переключение со звезды на треугольник.
Рис. 5.2. Пуск асинхронного двигателя через реактор
Пуск через реактор (рис. 5.2) производится при включении выключателя Q1 и выключенном Q2. Из-за падения напряжения в реакторе LR напряжение на выводах обмотки статора уменьшится до значения U1. Пропорционально уменьшится и начальный пусковой ток
1'п =1п номU1/U1ном, (5.3)
где 1п ном — начальный пусковой ток при номинальном напряжении U1ном на выводах статора (при прямом пуске).
Начальный пусковой момент при этом будет равен:
Мп =Мп ном (U1/U1ном)2
где Мп ном — начальный пусковой момент при напряжении U1ном.
Когда ток спадет, включают выключатель Q2, которым закорачивается реактор LR. Сэтого момента к обмотке статора подводится полное напряжение сети, при котором будет протекать дальнейшая работа двигателя. Напряжение U1 выбирают обычно равным 0,65 U1ном.
При пуске через автотрансформатор для одного и того же снижения напряжения на выводах двигателя уменьшение тока, потребляемого из сети, происходит более резко, чем при пуске через реактор. Это является достоинством пуска через автотрансформатор, однако эта схема дороже схемы пуска через реактор.
Пуск переключением со звезды на треугольник применяется в том случае, если данному напряжению сети соответствует схема соединения обмотки статора треугольником. Тогда, если при пуске этого двигателя обмотку статора пересоединить в звезду и включить ее в ту же сеть, напряжение на фазу снизится в √3раз, что приведёт к уменьшениюначального пускового тока.
После того как двигатель разгонится, обмотку статора включают в треугольник. При этой схеме будет происходить работа двигателя.
Применением переключения со звезды на треугольник удается снизить начальный пусковой ток в 3 раза 1пД /1пУ = 3.
При этом начальный пусковой момент снижается пропорционально квадрату отношения фазных напряжений, т. е. также в 3 раза. Этот способ пуска иногда применяется при пуске низковольтных двигателей большой мощности.
www.poznayka.org
