Рис. 2.2 – Механическая характеристика
Пуск двигателей сопровождается резким скачком тока, что может вызвать колебания напряжения сети и неблагоприятно отразиться на работе соседних потребителей энергии. Существует несколько способов пуска. Наиболее распространенный - это прямой пуск, когда обмотка статора включается на полное напряжение сети. При этом допустимый пусковой ток может превышать номинальный ток двигателя в 4…7 раз. Процесс пуска проходит достаточно быстро (несколько секунд) и такой большой ток не вызывает разрушения двигателя и нарушения нормальной работы питающей сети. Если прямой пуск невозможен (пусковой ток превышает допустимый или падение напряжения в сети при пуске более 30%, ∆ U > 30% от UH), то используются способы пуска от пониженного напряжения (автотрансформаторный, реакторный, переключением обмотки статора со "звезды" на "треугольник").
При этом следует помнить, что при снижении напряжения (любым из перечисленных способов) пусковой момент уменьшается в квадратичной зависимости, т. е М ≡ U 2.
Пуск двигателей с фазным ротором осуществляют введением в каждую фазу ротора добавочного активного сопротивления. Пусковой момент асинхронного двигателя пропорционален активному сопротивлению фазы ротора; М П ≡ r '2. Поэтому такой пуск обеспечивает большой пусковой момент, снижает пусковой ток, что особенно важно для двигателей большой мощности. По мере разгона ротора двигателя добавочные активные сопротивления выводятся из цепей ротора, т. е. пусковой реостат рассчитывается на время пуска (кратковременная работа). Обычно пусковой реостат имеет одну, две или три ступени.
Скорость вращения двигателей с короткозамкнутым ротором регулируют либо изменением частоты питающего напряжения (двигатель или группа двигателей питается от преобразователя частоты), либо изменением числа пар полюсов (переключением схемы обмотки статора). В обоих случаях изменяется скорость вращения магнитного поля, однако в первом случае ее можно изменять плавно, а во втором - только ступенчато (1500 - 750 об/мин, 1000 - 500 об/мин).
Скорость вращения ротора двигателя с контактными кольцами регулируют изменением активного сопротивления обмотки ротора (введением добавочного сопротивления).
Пример 1
Номинальная мощность трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором Р Н = 0,55 кВт, номинальное напряжение при соединении обмотки статора в звезду U H = 380 В, номинальная частота вращения n H = 1370 об/мин, номинальный КПД η Н = 70,5%, номинальный коэффициент мощности cos φ H = 0,7. Кратность пускового тока
k П = I П/ I Н = 6,5, перегрузочная способность двигателя k m = М m/ М Н = 1,8.
Определить: потребляемую мощность Р 1Н, номинальный и максимальный вращающие моменты, пусковой ток, номинальное и критическое скольжения. Построить механическую характеристику M = f (s).
Решение
Потребляемая мощность
Вращающие моменты:
номинальный
максимальный
М m = k m· М Н = 1,8·3,83 = 6,9 Н·м.
Номинальный и пусковой токи
Номинальное и критическое скольжения
Механическая характеристика M = f (s) строится по уравнению
Задаваясь скольжением от s = 0 до s = 1, рассчитываем момент двигателя. Графическая зависимость показана на рис. 2.3.
Рис. 2.3
Варианты контрольных заданий для задачи №1
Условие задачи №1
Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором включён в сеть с номинальным напряжением U H = 380 B и частотой f = 50 Гц. Обмотка статора соединена в звезду. Данные двигателя приведены в таблице 1.
Определить: потребляемую мощность, номинальный и максимальный моменты, пусковой ток, номинальное и критическое скольжения. Построить механическую характеристику M = f (s).
Таблица 1 - Номинальные данные двигателей
| № варианта | РН кВт | nH об/мин | η | cosφH | IП/IH | Мm/МН |
| 0,09 | 0,6 | 0,7 | 3,5 | 2,2 | ||
| 0,12 | 0,63 | 0,7 | 3,5 | 2,2 | ||
| 0,18 | 0,66 | 0,76 | 2,2 | |||
| 0,25 | 0,68 | 0,77 | 2,2 | |||
| 0,37 | 0,7 | 0,86 | 4,5 | 2,2 | ||
| 0,55 | 0,73 | 0,86 | 4,5 | 2,2 | ||
| 0,75 | 0,77 | 0,87 | 5,5 | 2,2 | ||
| 1,1 | 0,775 | 0,87 | 5,5 | 2,2 | ||
| 1,5 | 0,81 | 0,85 | 6,5 | 2,6 | ||
| 2,2 | 0,83 | 0,87 | 6,5 | 2,6 | ||
| 0,845 | 0,88 | 6,5 | 2,5 | |||
| 0,865 | 0,89 | 7,5 | 2,5 | |||
| 5,5 | 0,875 | 0,91 | 7,5 | 2,5 | ||
| 7,5 | 0,875 | 0,88 | 7,5 | 2,8 | ||
| 0,88 | 0,9 | 7,5 | 2,8 | |||
| 0,88 | 0,91 | 2,2 | ||||
| 18,5 | 0,885 | 0,92 | 2,2 | |||
| 0,905 | 0,91 | 7,5 | 2,5 | |||
| 0,9 | 0,9 | 7,5 | 2,5 | |||
| 0,91 | 0,89 | 7,5 | 2,5 | |||
| 0,91 | 0,9 | 7,5 | 2,5 | |||
| 0,91 | 0,92 | 7,5 | 2,5 | |||
| 0,92 | 0,89 | 7,5 | 2,5 | |||
| 0,91 | 0,9 | 7,5 | 2,5 | |||
| 0,915 | 0,89 | 2,2 | ||||
| 0,92 | 0,89 | 2,2 | ||||
| 0,925 | 0,9 | 1,9 | ||||
| 0,925 | 0,9 | 1,9 | ||||
| 0,925 | 0,9 | 1,9 | ||||
| 0,93 | 0,91 | 1,9 | ||||
| 0,06 | 0,5 | 0,6 | 2,5 | 2,2 | ||
| 0,09 | 0,55 | 0,6 | 2,5 | 2,2 | ||
| 0,12 | 0,63 | 0,66 | 3,5 | 2,2 | ||
| 0,18 | 0,64 | 0,64 | 3,5 | 2,2 | ||
| 0,25 | 0,68 | 0,64 | 2,2 | |||
| 0,37 | 0,68 | 0,68 | 2,2 | |||
| 0,55 | 0,705 | 0,7 | 4,5 | 2,2 | ||
| 0,75 | 0,72 | 0,73 | 4,5 | 2,2 | ||
| 1,1 | 0,75 | 0,81 | 2,2 | |||
| 1,5 | 0,77 | 0,83 | 2,2 | |||
| 2,2 | 0,8 | 0,83 | 2,4 | |||
| 0,82 | 0,83 | 2,4 | ||||
| 0,84 | 0,84 | 2,4 | ||||
| 5,5 | 0,855 | 0,85 | 2,2 | |||
| 7,5 | 0,875 | 0,86 | 7,5 | |||
| 0,875 | 0,87 | 7,5 | ||||
| 0,885 | 0,88 | 2,3 | ||||
| 18,5 | 0,895 | 0,88 | 2,3 | |||
| 0,9 | 0,9 | 6,5 | 2,3 | |||
| 0,91 | 0,89 | 6,5 | 2,3 |
Вопросы для самоконтроля
1. Устройство асинхронных двигателей.
2. Как выполняется магнитопровод двигателя?
3. От чего зависит частота вращения магнитного поля статора?
4. От чего зависит скольжение и в каких пределах оно изменяется в двигательном режиме работы?
5. Какова частота токов в роторе при установившемся режиме?
6. Изобразите механическую характеристику М = f (s) двигателя и покажите на ней пусковой, максимальный и номинальный моменты?
7. Как влияет величина питающего напряжения на вращающий момент двигателя?
8. Что показывают механические характеристики двигателя?
9. Перечислите преимущества двигателя с фазным ротором по сравнению с короткозамкнутым двигателем.
10. 0. Как осуществляется пуск асинхронных двигателей?
11. Назовите допустимые значения пускового тока короткозамкнутого двигателя.
12. Начертите простейшую схему управления 3х фазным асинхронным двигателем.
13. Как осуществляется реверсирование двигателя?
14. Перечислите способы регулирования частоты вращения асинхронных двигателей с короткозамкнутым и фазным роторами.
Выбор электродвигателя
Выбор электродвигателя осуществляется по роду тока и напряжения, конструктивному исполнению, мощности и режимам работы. Наиболее простыми в эксплуатации и надежными в работе являются асинхронные двигатели, применяемые для электроприводов промышленных рабочих механизмов. Однако такие двигатели не могут обеспечить достаточный диапазон регулирования частоты вращения.
Синхронные двигатели применяются для рабочих механизмов с продолжительным режимом работы, не требующих частых пусков и регулирования частоты вращения.
Двигатели постоянного тока применяются реже и в тех случаях, когда двигатели переменного тока не обеспечивают необходимых характеристик рабочего механизма (обычно при регулировании частоты вращения в широких пределах).
Выбор по конструктивному исполнению учитывает условия эксплуатации электропривода, под которыми следует понимать воздействие климатических факторов окружающей среды, способ охлаждения и особенности монтажа двигателя. Различают несколько типов конструкции двигателей: открытого, защищенного, закрытого. В сырых помещениях применяются защищенные двигатели со специальной влагостойкой изоляцией. Во взрывоопасных помещениях, содержащих горючие пары или газы, устанавливаются взрывозащищенные двигатели.
Правильный выбор мощности двигателя для привода должен удовлетворять требованиям экономичности, производительности и надежности рабочего механизма. Установка двигателя большей мощности, чем это необходимо по условиям привода, вызывает излишние потери энергии, увеличение габаритов двигателя и требует дополнительные капвложения. Установка двигателя недостаточной мощности снижает производительность рабочей машины и делает ее работу ненадежной, а сам двигатель в подобных условиях может легко выйти из строя.
Двигатель должен быть выбран так, чтобы его мощность использовалась, возможно, полнее. Во время работы двигатель должен нагреваться до предельно допустимой температуры, но не выше ее. Кроме того, двигатель должен нормально работать при возможных временных перегрузках и развивать пусковой момент, требуемый для данного рабочего механизма. Мощность двигателя выбирается в большинстве случаев на основании условий нагрева, а затем осуществляется проверка соответствия перегрузочной способности двигателя условиям пуска машины и временным перегрузкам.
Нагрев электродвигателя определяется режимом его работы, т. е. соотношением длительности периодов работы и пауз между ними, частотой включения двигателя. В зависимости от времени включения двигателя, соотношения продолжительности работы и пауз, а также от характера изменения нагрузки различают три режима работы электродвигателей: продолжительный, кратковременный, повторно-кратковременный.
Продолжительный режим работы (условное обозначение S 1) – это режим работы такой длительности, когда при практически неизменной нагрузке и температуре окружающей среды двигатель нагревается до установившегося значения. В таком режиме работают электроприводы компрессоров, вентиляторов, дымососов, конвейеров непрерывного транспорта и т. д.
Кратковременный режим (условное обозначение S 2) – это режим работы, при котором периоды нагрузки чередуются с периодами отключения (пауз) двигателя. Причем за время работы температура частей двигателя не успевает достигнуть установившегося значения, а за время пауз двигатель охлаждается до температуры окружающей среды.
Повторно-кратковременный режим (условное обозначение S 3, S 4, S 5) – это такой режим работы, при котором периоды работы чередуются с паузами, причем ни в один из периодов работы температура двигателя не достигает установившегося значения, а во время снятия нагрузки двигатель не успевает охладиться до температуры окружающей среды. Двигатели, выпускаемые промышленностью для такого режима работы, характеризуются продолжительностью включения (ПВ), которая устанавливается по продолжительности одного цикла работы
где tp – время работы двигателя; tп – время паузы.
ПВ стандартизованы и составляют 15, 25, 40, 60, 100 %. Значение ПВ указывается на паспорте двигателя. К механизмам с повторно-кратковременным режимом работы можно отнести металлообрабатывающие и деревообрабатывающие станки, краны, прокатные станы и т. д.