СКЕ / 2_Асинхронные двигатели. Принцип работы. Схемы замещения. Механические характеристики. Устойчивость асинхронного двигателя

Устойчивость асинхронного двигателя

Дизайн Устойчивость асинхронного двигателя

устойчивость асинхронного двигателя

Асинхронные машины - наиболее распространенные электрические машины. Особенно широко они используются в качестве электродвигателей и являются основными преобразователями электрической энергии в механическую. В настоящее время асинхронные двигатели потребляют около половины всей вырабатываемой в мире электроэнергии и широко применяются в качестве электропривода большинства механизмов. Это объясняется простотой конструкции, надежностью и высоким значением КПД этих электрических машин.

Наибольшее распространение получили асинхронные двигатели напряжением до 1000 В. В СССР их установленная мощность составляет около 300 млн. кВт. В табл. В.1 приведено распределение асинхронных двигателей различной мощности в народном хозяйстве СССР на начало 80-х годов и данные о потреблении ими электроэнергии.

Таблица В.1

Мощность, кВт

Ч, от общего колкчества асинхронных двигателей

% X общему потреблению ими электроэнергии

До 1

От 1 до 5

5 20

20 100

Свыше 100

При этом машины мощностью от 0,75 до 100 кВт потребляют более 90% от общего потребления электроэнергии асинхронными двигателями.

Примерное распределение асинхронных двигателей по механизмам приведено в табл. В.2.

Открытие асинхронных машин относится к 80-м годам прошлого столетия. Их создание связывают с именами итальянского ученого Г. Феррариса, югославского ученого Н. Тесла и русского ученого М. О. Доливо-Добровольского. Г. Феррарис и Н. Тесла независимо друг от друга в 1888 г. предложили способ получения вращающегося магнитного поля при двухфазном токе и создали

Таблица В.2

Механизмы

% от общего количества двигателей

Механизмы

ЧЬ от общего количества двигателей

Вентиляторы

37.7

Транспортеры

19,9

Насосы

17,0

Смесители

Станки обрабатываю-

Компрессоры

Дробнлкн

Механизмы перемеще-

Затворы, задвнжкн

первые асинхронные машины. Двигатель Г. Феррариса имел медный сплошной ротор, сосредоточенную двухфазную обмотку на статоре и развивал мощность в несколько ватт. Двигатель Н. Тесла имел также двухфазную сосредоточенную обмотку на статоре и такую же обмотку на роторе. Однако эти двигатели не получили широкого распространения.

Наибольшую роль в создании асинхронных двигателей сыграл М. О. Доливо-Добровольский. В 1889 г. он впервые использовал трехфазный ток для получения вращающегося магнитного поля, применил на статоре распределенную трехфазную обмотку и обмотку ротора в виде беличьей клетки. Он также предложил трехфазную обмотку ротора, выведенную на контактные кольца, и использовал для пуска двигателя реостат, подключенный к обмотке ротора через контактные кольца.

Почти за 100 лет существования асинхронных двигателей в них совершенствовались применяемые материалы, конструкция отдельных узлов и деталей, технология их изготовления, однако принципиальные конструкторские решения, предложенные М. О. Доливо-Добровольским, в основном остались неизменными.

В дальнейшем большое распространение получили также и однофазные асинхронные двигатели, в основном для электробытовых приборов. Появилось также большое количество разновидностей и модификаций асинхронных машин, в частности асинхронные исполнительные двигатели, тахогенераторы, сельсины, поворотные трансформаторы и др. Небольшое применение нашли и асинхронные генераторы.

Большой вклад в теорию асинхронных машин внесли советские ученые Б. П. Апаров, М. П. Костенко, Г. Н. Петров, К. И. Шен-фер и др.

В СССР впервые в мировой практике асинхронные двигатели выпускаются едиными всесоюзными сериями. На базе единых серий в нашей стране организовано высокомеханизированное и автоматизированное крупносерийное производство; при этом использованы широкая специализация и кооперация, централизованное изготовление технологической оснастки и инструмента и др.

Большие преимущества имеют единые серии в эксплуатации: они значительно облегчают выбор, установку, обслуживание и ремонт электрооборудования.

Первая единая всесоюзная серия асинхронных двигателей мощностью до 100 кВт (А, АО) была разработана сразу после Великой Отечественной войны в 1946-1949 гг. В 1958-1960 гг. была разработана вторая серия (А2, А02). К этому времени выпуск асинхронных двигателей в нашей стране возрос в несколько раз, появились новые требования и в 70-е годы была разработана и внедрена новая серия 4А. В ее разработке принимало участие большое количество научно-исследовательских и конструкторских организаций, так как одновременно с конструкцией двигателей разрабатывались электротехническая сталь, провод, изоляция, технология и технологическое оборудование. Одновременно была создана мощная технологическая база, обеспечивающая разработку и изготовление специального технологического оборудования.

В 80-х годах организацией социалистических стран Интер-электро разработана новая унифицированная серия асинхронных двигателей АИ, предназначенная для использования во всех странах-членах СЭВ. Машины серии АИ, которые производятся во всех этих странах, отличаются повышенными надежностью и перегрузочной способностью, расширенным диапазоном регулирования, лучшими массогабаритными и энергетическими показателями, а также улучшенными виброакустическими характеристиками по сравнению с машинами серии 4А.

В СССР впервые в мире была разработана методика оптимизированного расчета асинхронных двигателей, учитывающая затраты как на производство, так и на эксплуатацию электродвигателей; расчет с помощью электронно-вычислительных машин ведется по минимуму суммарных затрат в народном хозяйстве. В теорию и практику создания единых серий асинхронных двигателей огромный вклад внесли советские ученые и инженеры А. Г. Иосифьян, Б. И. Кузнецов, Э. Д. Кравчик, Э. К. Стрельбицкий, Т. Г. Сорокер, И. Н. Чарахчьян и др.

Опыт разработки и внедрения крупных серий асинхронных двигателей показал необходимость совместной работы расчетчиков, конструкторов и технологов, начиная с момента разработки технического задания на серию. В настоящее время немыслимо проектирование серий каких-либо изделий без глубокой технологической проработки.

Создание высокоэкономичных, высоконадежных асинхронных двигателей единых серий - сложная научно-техническая задача, имеющая большое народнохозяйственное значение.

Общие сведения об асинхронных машинах

в основу принципа действия асинхронной машины положено использование вращающегося магнитного поля, которое индуцирует электродвижущую силу (ЭДС) в обмотке ротора. При взаимодействии тока ротора с вращающимся магнитным полем создается электромагнитный момент, приводящий ротор во вращение (в двигательном режиме) или осуществляющий его торможение (в тормозных режимах).

1.1. Принцип действия асинхронной машины

Принцип действия асинхронной машины основан на законе электромагнитной индукции, открытом М. Фарадеем, и работах Д. Максвелла и Э. Ленца.

В асинхронной машине одну из обмоток размещают на статоре / (рис. 1.1, а), а вторую - на роторе 3. Между ротором и статором имеется воздушный зазор, который для улучшения магнитной связи между обмотками делают по возможности малым. Обмотка статора 2 представляет собой многофазную (или в частном случае трехфазную) обмотку, катушки которой размещают равномерно по окружности статора. Фазы обмотки статора АХ, BY и CZ соединяют по схеме Y или Л и подключают к сети трехфазного тока. Обмотку ротора 4 выполняют многофазной короткозамкнутой или трехфазной и размещают равномерно вдоль окружности ротора.

Из курса теоретических основ электротехники известно, что при питании трехфазным синусоидальным током трехфазной обмотки статора возникает вращающееся магнитное поле, частота вращения (об/мин) которого

(1.1)

и, = 60/,/;;,

где fi - частота питающей сети; р - число пар полюсов.

Вращающееся магнитное поле индуцирует в проводниках замкнутой накоротко обмотки ротора ЭДС Е2 и по ним проходит ток /2-

На рис. 1.1, а показано (по правилу правой руки) направление ЭДС, индуцированной в проводниках ротора при вращении магнитного потока Ф по часовой стрелке (при этом проводники ротора перемещаются относительно потока Ф против часовой стрелки). Если ротор неподвижен или частота его вращения меньше частоты Ль то активная составляющая тока ротора совпадает по фазе с индуцированной ЭДС; при этом условные обозначения (крестики и точки) на рис. 1.1 показывают одновременно и направление активной составляющей тока.

Рис. 1.1. Электромагнитная схема асинхронной машины и направление ее электромагнитного момента прн работе машины в режимах: двигательном (а), генераторном (б) и электромагнитного торможения (в)

На проводники с током, расположенные в магнитном поле, действуют электромагнитные силы, направление которых определяется правилом левой руки. Суммарное усилие рез, приложенное ко всем проводникам ротора, образует электромагнитный момент М, увлекающий ротор за вращающимся магнитным полем.

Электромагнитный момент, возникающий от взаимодействия магнитного потока Ф и тока ротора /2,

где с - коэффициент пропорциональности; /jcosifz - активная составляющая тока ротора; \J32 - угол сдвига фаз между током /2 и ЭДС 2 в обмотке ротора.

Если электромагнитный момент М достаточно велик, то ротор приходит во вращение и его установившаяся частота вращения П2 соответствует равенству электромагнитного момента тормозному, создаваемому приводимым во вращение механизмом и внутренними силами трения. Такой режим работы асинхронной машины является двигательным.

Частота вращения ротора П2 всегда отличается от частоты вращения магнитного поля Пи так как в случае совпадения этих

axk.com.ru

Условия устойчивой работы асинхронного двигателя

Исполнительный механизм (станок, вентилятор, транспортное средство и т. п.) приводится в движение посредством двигателя. Установившийся режим работы агрегата наступает при такой скорости (скольжении) двигателя, при которой его электромагнитный момент М уравновешивает момент статического сопротивления:

Мс=( М2 + М0)

М2 — тормозной момент исполнительного механизма; М0— тормозной момент, обусловленный механическими и магнитными потерями внутри двигателя.

В установившемся режиме скорость двигателя и механизма остается неизменной во времени. Если равенство М= Мс нарушается, то происходит изменение скорости в соответствии с известным из механики уравнением движения

М - Мс=Jdω/dt, (3.12)

где составляющая Jdω/dt называется динамическим моментом (J– момент инерции вращающихся частей двигателя и механизма).

Из (3.12) следует: 1) при М>МСбудет происходить разгон агрегата;

2) при М<МСбудет происходить замедление двигателя и сочленённого с ним производственного механизма.

Скорость, соответствующую установившемуся режиму, графически можно определить по точке пересечения механических характеристик ω = f(M) и ω = f(Мс).Если механические характеристики построены в функции скольжения M=f(s) и Мс=f(s), то точка их пересечения определит установившееся значение скольжения.

Точки, соответствующие установившимся значениям скорости или скольжения, могут соответствовать устойчивому или неустойчивому равновесию. Это будет зависетьот вида механических характеристик. Равновесие будет устойчивым, если после прекращения кратковременных возмущений (например, изменения нагрузки, напряжения и т. д.), выводящих систему из равновесия, она вновь возвращается в исходную точку. В противном случае равновесие будет неустойчивым.

Для примера на рис. 3.4 изображены характеристики M=f(s) и Мс=f(s).

Рис. 3.4. Определение устойчивого равновесия

Равенство моментов здесь наступает при трех значениях скольжения. Точка при скольжении s' является точкой неустойчивого равновесия. Действительно, если случайно скольжение увеличится (s> s'), то разность моментов М — Мс<0, что приведет к еще большему увеличению скольжения и привод перейдет на работу при скольжении s''. При случайном уменьшении скольжения возникает положительная разность моментов, стремящаяся еще больше уменьшить скольжение, и привод будет работать со скольжением s. Таким образом, при нарушении равновесия привод не будет возвращаться в исходную точку, а будет все больше и больше удаляться от нее.

Аналогичным путем можно показать, что точки со скольжением s и s" являются точками устойчивого равновесия, так как при случайных отклонениях возникает избыточный момент, стремящийся вернуть систему в исходную точку.

Работа при скольжениях s", близких к 1, будет протекать с большими токами и низким КПД, поэтому чаще всего механические характеристики двигателя и исполнительного механизма выбирают так, чтобы единственная устойчивого их равновесия располагалась на линейной части характеристики M=f(s) при небольших скольжениях.

В общем случае критерием устойчивости является выполнение неравенств

или

Динамическая устойчивость асинхронного двигателя

Снижение напряжения на зажимах двигателя или механического момента на его валу вызывает появление избыточного тормозящего момента ΔМ (см. рисунок 15.1). Как при снижении напряжения, так и при увеличении механического момента скольжение двигателя будет увеличиваться и он опрокинется. Чтобы этого не произошло, надо своевременно восстановить напряжение или уменьшить механический момент. Если прежнее значение напряжения или момента будет восстановлено при скольжении S1 (см. рисунок 15.2), то на вал двигателя будет действовать ускоряющий избыточный момент ΔМ1, который вернет двигатель в устойчивый режим со скольжением S0.

Рисунок 15.2

Если восстановление напряжения или момента произойдет при скольжении S3, то избыточный момент ΔМ2 будет иметь тормозной характер и двигатель опрокинется. Необходимо знать время, в течение которого будет достигнуто то или иное значение скольжения. Для этого необходимо решить уравнение движения ротора двигателя.

При возникновении избыточного момента на валу двигателя ускорение ротора прямо пропорционально избыточному моменту и обратно пропорционально моменту инерции и может быть записано в виде

(15.1)

где ΔМ = Мдв – Мс – разность электромагнитного момента двигателя и момента сопротивления приводимого механизма;

J – момент инерции, причем J = Jдв + Jмех. пр, Jдв – момент инерции двигателя, Jмех. пр. = Jмех. (ωном. мех /ωном.дв) – приведенный момент механизма с учетом разных номинальных скоростей вращений;

ω – угловая скорость вращения двигателя, которая может быть выражена через скольжение следующим образом:

ω = (1 – S) ω1 ном . (15.2)

Подставляя уравнение (15.2) в (15.1) и выражая ΔМ в относительных номинальных единицах двигателя, получим

(15.3)

где , а - номинальная мощность двигателя.

Уравнение (15.3) описывает движение ротора двигателя при больших возмущениях и называется уравнением движения ротора двигателя. Это уравнение нелинейно, его решение может быть получено с помощью любого из методов численного интегрирования. Наиболее просто это решение получается, если разбить ось абсцисс функции ΔМ(S) на ряд равных интервалов Δ S (см. рисунок 15.3).

Рисунок 15.3

Тогда уравнение движения на всем интервале будет иметь вид

и время от момента нарушения режима до конца любого n-го интервала определится как

Точность решения зависит от величины ΔS и возрастает с ее уменьшением.

Получив таким образом зависимость S(t), можно определить скольжение, соответствующее времени t1 на рисунке 15.1. Зная это значение, можно судить о динамической устойчивости двигателя.

14. М Повысить уровень устойчивости электрической системы можно изменением параметров ее элементов, параметров ее режима или введением дополнительных устройств. При этом необходимо учитывать следующие условия и ограничения:

- изменение параметров основных элементов не должно приводить к ухудшению нормального режима работы системы и его экономичности;

- применение устройств для улучшения устойчивости должно сопровождаться сопоставлением его стоимости и ущерба от нарушения того вида устойчивости, для которого оно предназначено. При выборе мероприятия по повышению устойчивости необходима технико-экономическая оценка предлагаемого варианта.

16.1 Мероприятия по улучшению параметров элементов электрической системы

Генераторы. Параметры генераторов оказывают существенное влияние как на статическую, так и на динамическую устойчивость.

При использовании на генераторах АРВ с зоной нечуствительности на статическую устойчивость влияет синхронное индуктивное сопротивление Хd, на динамическую – переходное сопротивление Хd' и постоянная инерции Tj,

Постоянная инерции постоянная инерции существенно влияет на динамическую устойчивость генератора. Чем больше Tj («тяжелее» машина), тем медленнее изменяется скорость ее ротора под действием избыточного момента. Это увеличивает предельно допустимое время существования аварийного режима, повышая устойчивость системы.

Регулирование возбуждения синхронной машины может рассматриваться как средство улучшения ее параметров. Регуляторы сильного действия генератора с высокими потолками тока возбуждения в сочетании с дополнительными устройствами по повышению динамической устойчивости позволяют отказаться от уменьшения индуктивных сопротивлений. Появляется возможность применять генераторы с Хd = 1,5 – 2,0 и Хd' = 0,3 – 0,4 и снижать постоянную инерции, уменьшая вес машины и снижая ее стоимость.

Выключатели. Быстрое отключение КЗ имеет решающее значение для улучшения динамической устойчивости. Время отключения КЗ складывается из собственного времени выключателя tв и времени действия релейной защиты:

Тоткл = tв + tрз .

Уменьшение времени отключения КЗ увеличивает запас динамической устойчивости.

Линии электропередачи. Параметры линий и их номинальное напряжение оказывают существенное влияние на устойчивость системы.

Индуктивное сопротивление линии может быть снижено расщеплением проводов, применяемым с целью уменьшения потерь на корону. Расщепление фазы на три провода (ВЛ 500 кВ) уменьшает реактивное сопротивление линии на 25 – 30 %.

Уменьшить индуктивное сопротивление линии можно, применяя продольную (емкостную) компенсацию реактивного сопротивления ВЛ, которая осуществляется последовательным включением в линию статических конденсаторов. При этом эквивалентное сопротивление линии определиться как

Хэкв = х0L – Хс.

Чем больше сопротивление конденсаторов Хс, тем выше степень компенсации параметров линии и выше предел передаваемой мощности электропередачи, в состав которой входит компенсированная линия. Для повышения пропускной способности дальних электропередач применяются промежуточные синхронные компенсаторы и управляемые конденсаторы.

infopedia.su

СКЕ / 2_Асинхронные двигатели. Принцип работы. Схемы замещения. Механические характеристики

случае условие M = M с выполняется в точкахA иB при значениях частоты вращенияωa иωb . Однако в точкеB двигатель не может работать

устойчиво, так как при малейшем изменении момента M с (нагрузки) и

возникающем в результате этого отклонении частоты вращения от установившегося значения появляется избыточный замедляющий или ускоряющий момент ± (M − Mс), увеличивающий это отклонение.

Например, при случайном небольшом увеличении статического момента M с

ротор двигателя начинает замедляться, а его частота вращения ω -

уменьшаться. При работе машины в режиме, соответствующем точке B , т. е.

на участке B − D характеристики1 , это приводит к уменьшению электромагнитного моментаM , т. е. к еще большему возрастанию разности

M − M ст. В результате ротор продолжает замедляться до полной остановки.

При случайном уменьшении статического момента ротор начинает ускоряться,

что приводит к дальнейшему увеличению момента M и еще большему ускорению до тех пор, пока машина не переходит в режим работы,

соответствующий точке A. При работе машины в режиме, соответствующем точкеA, двигатель работает устойчиво, так как при случайном увеличении моментаM ст и замедлении ротора (т. е. уменьшении частоты вращенияω )

электромагнитный момент M возрастает. Когда моментM станет равным

новому значению M с, двигатель снова работает с			установившейся, но
несколько меньшей частотой вращения.
Таким образом, асинхронный двигатель		при	работе	на участке
C − A− E	механической характеристики	обладает,		свойством

внутреннего саморегулирования, благодаря которому его вращающий момент автоматически регулируется по законуM = M с. Это регулирование

осуществляется за счет увеличения или уменьшения частоты вращения ротора ω , т. е. система регулирования является статической.

Сравнивая условия работы двигателя в точках A и

вывод, что работа двигателя устойчива, если с увеличением частоты вращенияω статический моментM с уменьшается медленнее, чем

studfiles.net

15. Пуск , устойчивость работы асинхронного двигателя

При пуске ротор двигателя, преодолевая момент нагрузки и момент инерции, разгоняется от частоты вращения п = 0 до п . Скольжение при этом меняется от sп = 1 до s. При пуске должны выполняться два основных требования: вращающий момент должен бить больше момента сопротивления (Мвр>Мс) и пусковой ток Iп должен быть по возможности небольшим.

В зависимости от конструкции ротора (короткозамкнутый или фазный), мощности двигателя, характера нагрузки возможны различные способы пуска: прямой пуск, пуск с использованием дополнительных сопротивлений, пуск при пониженном напряжении и др. Ниже различные способы пуска рассматриваются более подробно.

Факторы, определяющие устойчивость. Под устойчивостью работы электродвигателяпонимают способность двигателя восстанавливать установившуюся частоту вращения при кратковременных возмущениях (изменениях нагрузки, напряжения питающей сети и пр.).

16. Схема замещения трансформатора

Схема замещения трансформатора представляет собой сочетание двух схем замещения — первичной и вторичной обмоток, которые соединены между собой в точках а и б. В цепи первичной обмотки включены сопротивления R1 и Х1 , а в цепи вторичной обмотки — сопротивления R'2 вХ'2. Участок схемы замещения между точками а и б, по которому проходит ток I0, называютнамагничивающим контуром. На вход схемы замещения подают напряжение Ú1, к выходу ее подключают переменное сопротивление нагрузки Z'н, к которому приложено напряжение — Ú'2.

18. Опыты холостого хода и короткого замыкания

Опыт холостого хода. Для однофазного трансформатора опыт холостого хода выполняется по схеме рис. 2.11. К первичной обмотке подводится номинальное напряжение , к вторичной — подключен вольтметр , имеющий достаточно большое сопротивление. Практически можно считать, что ток .

Опыт короткого замыкания. Опыт короткого замыкания выполняется по схеме, представленной на рис. 2.12, при условии, что к первичной обмотке подводится пониженное напряжение , составляющее 5—10% , а точнее, такое напряжение, при котором токи и в обмотках равны номинальным.

Вторичная обмотка трансформатора замыкается накоротко.

19. Внешняя характеристика изменение напряжения трансформатора

Внешней характеристикой трансформатора называют зависимость напряжения на вторичной обмотке от тока нагрузки при постоянном напряжении на первичной обмотке.

Вид и параметры внешней характеристики зависят от характера нагрузки. При активно-емкостной нагрузке () напряжение на выходе трансформатора может увеличиваться с увеличением тока. При других видах нагрузки (активной или активно-индуктивной ) напряжение на выходе всегда уменьшается с ростом тока.

Изменением напряжения ΔU трансформатора называется арифметическая разность между номинальным вторичным напряжением (U2ном и вторичным напряжением U2, которое получается (устанавливается) на зажимах вторичной обмотки при нагрузке трансформатора и заданном коэффициенте мощности нагрузки cosφ2.

Изменение напряжения происходит вследствие наличия активных и реактивных падений напряжений в первичной и вторичной обмотках трансформатора.

studfiles.net

7.1 Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Под рабочими характеристиками асинхронного двигателя мы понимаем:

Кроме того, к важным показателям относится коэффициент перегрузочной способности , а для короткозамкнутых двигателей—также кратности пускового тока и пускового момента.

А. Скорость вращения двигателя

(7.16)

Таким образом, скольжение асинхронного двигателя численно равно отношению потерь в обмотке ротора к развиваемой двигателем электромагнитной мощности.

При холостом ходе потери ,малы по сравнению с мощностью; поэтому здесь и . По мере увеличения нагрузки отношение (7.16) растет, но из соображений высокого к. п. д. двигателя оно ограничено весьма узкими пределами. Обычно при номинальной нагрузке=1,5—5%. Меньшая цифра относится к двигателям большей мощности, большая - к двигателям малой мощности, порядка 3—10кВт. Зависимостьпредставляет собой кривую, весьма слабо наклоненную к оси абсцисс (рис. 7.3). Мы видим, что асинхронный двигатель имеет скоростную характеристику типа характеристики двигателя постоянного тока параллельного возбуждения.

Рисунок 7.3 - Рабочие характеристики короткозамкнутого асинхронного двигателя мощностью 50 кВт, 220/380 В, 1470об/мин,построенные в относительных единицах

Б. Зависимость . При установившемся режиме работы ,где - полезный тормозной момент двигателя, а -момент холостого хода. Так как при изменении нагрузки в пределах от холостого хода до номинальной скорость вращения асинхронных двигателей остается почти постоянной, то зависимость асинхронного двигателя почти прямолинейна (рис 7.3).

В. Потери и к. п. д. двигателя.В асинхронных двигателях имеют место все те же виды потерь, что и в других электрических машинах,— механические потери, потери в стали, потери в меди и добавочные потери.

Особую группу потерь составляют добавочные потери. Они состоят из а) добавочных потерь в меди и б) добавочных потерь в стали. При синусоидальном напряжении на зажимах двигателя добавочные потери в меди возникают частью под влиянием высших гармонических н. с., частью вследствие эффекта вытеснения тока.

Добавочные потери в меди от высших гармонических н. с. имеют место главным образом в обмотках ротора с беличьей клеткой. При вращении ротора в магнитных полях, создаваемых высшими гармоническими н. с. статора, в обмотке ротора возникают токи, имеющие частоту, отличную от частоты скольжения и зависящую от скорости вращения ротора. Для уменьшения этих потерь производят: а) укорочение шага обмотки статора, ведущее к уменьшению высших гармонических н. с., б) скос пазов ротора относительно пазов статора, играющий ту же роль, что и укорочение шага, и в) соответствующий подбор числа пазов на статоре и роторе и . Анализ показывает, что если добавочные потери в роторе не должны превышать 10% от основных потерь, вызванных первой гармонической тока, то при нескошенных пазах

Рис. 7.4. Кривая индукции в воздушном зазоре

Явление вытеснения тока наблюдается как в обмотках статора, так и в обмотках ротора, особенно с беличьей клеткой. Здесь оно может быть использовано для улучшения пусковых характеристик двигателей с короткозамкнутым ротором. Но при нормальной работе частота тока в роторе обычно не превышает 3 Гц. В этих условиях вытеснение тока практически незаметно.

Поскольку добавочные потери от высших гармонических н. с. создаются токами, имеющими частоту, отличную от частоты первой гармонической тока, они покрываются развиваемой двигателем механической мощностью.

Можно считать с достаточной точностью, что добавочные потери в меди изменяются пропорционально квадрату тока.

Добавочные потери в стали асинхронных машин состоят, так же как и в синхронных машинах, из а) пульсационных потерь и б) поверхностных потерь.

Пульсационные потери вызываются продольными пульсациями магнитного потока вследствие изменения магнитной проводимости, обусловленного непрерывным изменением взаимного положения зубцов статора и ротора при вращении последнего. Частота пульсаций в статоре ,а частота пульсаций в роторе , гдеи- числа пазов статора и ротора ип - скорость вращения ротора.

Поверхностные потери обусловливаются главным образом тем, что под влиянием пазов распределение индукции в зазоре оказывается неравномерным (рис. 7.4). Частота поверхностных пульсаций та же, что и пульсаций в зубцах. Анализ показывает, что поверхностные потери зависят от частоты в степени 1,5 и квадрата среднего значения индукции в зазоре.

Так как добавочные потери в стали имеют частоту, отличную от основной, то они покрываются за счет механической мощности, развиваемой двигателем.

Можно считать с достаточной точностью, что добавочные потери в стали изменяются пропорционально квадрату подводимого к двигателю напряжения.

Степень точности, с которой рассчитываются добавочные потери, относительно невысока. Поэтому обычно они учитываются приближенно, определенным количеством процентов от полезной мощности при работе машины генератором или от подводимой мощности при работе машины двигателем. Согласно ГОСТ 183-66 добавочные потери в асинхронных машинах при номинальной нагрузке составляют 0,5% от подводимой мощности. Нужно, однако, помнить, что это - средняя цифра, установленная опытным путем, от которой в ряде случаев наблюдаются заметные отклонения.

Полные потери в двигателе:

(7.17)

При нагрузках в пределах от холостого хода до номинальной под следует понимать только потери в стали статора, так как при обычных частотах в роторе (1—3Гц)потери в его стали исчезающе малы.

При увеличении нагрузки сумма потерь несколько уменьшается вследствие уменьшения основного потока, а также уменьшения скорости вращения. Обычно это уменьшение не превышает 4—8%, поэтому и данные потери относят к постоянным потерям двигателя.

В противоположность потерям в стали потери в меди изменяются пропорционально квадрату тока.

Добавочные потери, как мы видели, зависят частью от тока, частью от напряжения. Для простоты считают, что они изменяются пропорционально подводимой мощности.

Максимум к. п. д. достигается при равенстве постоянных и переменных потерь; таким образом, соответственно перераспределяя потери, мы можем получить двигатели с различной формой кривых к.п.д. На рис. 7.3 показана типичная кривая к. п. д. асинхронного двигателя, достигающая максимума примерно при 75% номинальной нагрузки.

Для иллюстрации в табл. 7.3 приведены значения к. п. д. и коэффициента мощности для двигателей разной мощности с контактными кольцами и короткозамкнутым ротором при n=1000 об/мин и 2р=6.

Таблица 7.3 - значения к. п. д. и коэффициента мощности различных двигателей

Двигатели с кольцами				Двигатели с короткозамкнутым ротором

В	кВт	%		В	кВт	%
220/380	8	83	0,8	220/380	9,1	86	0,825
220/380	13,5	85	0,81	220/380	15,2	87,1	0,835
220/380	29	87	0,845	220/380	32	89	0,855
220/380	44	88,2	0,87	220/380	48	90,3	0,87
220/380	67	89,5	0,88	220/380	72	90,7	0,88
220/380	100	91,5	0,88	220/380	100	91,5	0,88
6000	260	91	0,86	6000	260	91	0,85
6000	430	92,5	0,88	6000	430	92,5	0,87
6000	875	93,5	0,89	6000	875	93,5	0,88

В этой таблице следует обратить внимание на то, что к. п. д. двигателей малой мощности с короткозамкнутым ротором заметно выше, чем к. п. д. двигателей с кольцами. Некоторое, правда, мало существенное понижение к. п. д. влечет за собой повышение напряжения.

Г. Коэффициент мощности . Асинхронный двигатель, так же как и трансформатор, потребляет из сети отстающий ток, почти не зависящий от нагрузки. Поэтому еговсегда меньше единицы. При холостом ходе обычно не превышает 0,2, но затем при нагрузке он довольно быстро растет (рис. 7.3) достигает максимума при мощности, близкой к номинальной. Для иллюстрации в табл. 7.3 приводятся значения для двигателей различных типов. Двигатели с короткозамкнутым ротором большой мощности выполняются как двигатели с глубоким пазом или двухклеточные, и их несколько ниже, чем у двигателей с кольцами равной мощности.

Д. Перегрузочная способность двигателя.Перегрузочной способностью асинхронного двигателя или, иначе, его опрокидывающим моментом называется отношение максимального момента двигателя к его номинальному моменту, т. е.

Обычно в двигателях малой и средней мощности ==1,6—1,8. В двигателях средней и большой мощности=1,8—2,5, в двигателях специального исполнениядостигает 2,8—3,0 и более.

studfiles.net

Переходные процессы в электроэнергетических системах. Часть 2 (Электромеханические переходные процессы), страница 7

При передаваемой мощности система уже неустойчива, т.е. мы определили предел с точностью до 5%. Запас при этом:

. (4.41)

3) По ухудшению режима приемной системы.

Принимаем вначале , при этом производим расчет устойчивости. Допустим, система устойчива.

Принимаем , допустим, опять система устойчива, тогда берем и т.д. И, наконец, при некотором система оказывается неустойчивой, и тогда коэффициент запаса устойчивости:

. (4.42)

5. СТАТИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Рассмотрим случай питания АД по схеме:

Рис.5.1. Простейшая схема питания АД.

, потому что оно мало по сравнению с сопротивлением двигателя; , т.к. не зависит от режима двигателя. Тогда подробнее схему питания двигателя можно представить в виде рис.5.2.

Рис.5.2. Подробная схема питания АД.

. (5.1)

Индексы: «1» - статор; «2» - ротор; «σ» - рассеяние; «μ» - намагничивание; «о» - приведенное к статору.

Сопротивлениями пренебрежем (т.е. пренебрегаем потерями активной мощности ).

Пусть M – электромагнитный вращающий момент АД:

, (5.2)

где - синхронная скорость вращения магнитного поля АД при синхронной частоте в сети.

Скольжение АД:

. (5.3)

- активная мощность, передаваемая со статора на ротор (в нашем случае она равна мощности, потребляемой из сети, т.к. пренебрегаем потерями в активных сопротивлениях).

Известно, что ,

. (5.4)

Это справедливо и для относительных единиц.

- т.е. зависимость вращающего момента (или тока) двигателя от медленно меняющегося скольжения – это и есть статическая характеристика АД, поскольку для АД определяющим параметром является скольжение (лили скорость ).

Рис.5.3. при .

Возьмем производную и приравняем ее нулю:

. (5.5)

Отсюда находим:

, . (5.6)

, - важные параметры статической характеристики АД.

С другой стороны, на устойчивость АД влияет и механическая характеристика АД , поскольку уравнение движения ротора АД имеет вид:

, (5.7)

где - частота вращения ротора, меньшая синхронной .

, , (5.8)

где - момент на валу, - момент трения.

Таким образом, возможный установившийся режим определяется точками пересечения и асинхронной характеристики АД , построенный при и характеристики рис. 5.4.

Рис. 5.4. Характеристика асинхронного момента.

Из рис.5.4. видно, что режим в точке статически устойчив, а в точке - статически неустойчив.

Т.е., если при оказывается , то режим устойчив, т.к. если , то режим устойчив.

Критерий устойчивости в окончательном виде:

. (5.9)

Положение предела устойчивости зависит от вида кривой . В практических расчетах устойчивости для упрощения полагают, что , т.е. не зависит от , тогда:

. (5.10)

В этом случае критерий (условие) устойчивости Ад:

. (5.11)

В дальнейшем будем считать, что .

Коэффициент запаса статической устойчивости (СУ) по мощности определяется соотношением:

(5.12)

и при :

, (5.13)

где - относительный момент (максимальный, электромагнитный) АД при ;

- фактическое напряжение на зажимах АД;

- коэффициент загрузки.

Значению соответствует предельный режим.

При утяжелении режима АД по напряжению, уменьшается, и предельный критический режим наступает при . Критическим напряжением называется напряжение, при котором (см. рис. 5.4. точка с).