Этап соединения обмоток треугольником

После завершения переключения осуществляется заключительный этап пуска. На этом этапе двигатель переходит в установившийся режим работы, в котором обмотки статора соединены по схеме треугольник и на них подается полное напряжение сети VL. Двигатель развивает полный вращающий момент, при этом ток, протекающий через обмотки статора, равен:

,

а потребляемый ток (номинальный ток Ie двигателя), равен:

.

Из анализа приведенных выше формул для тока и напряжения видно, что этап переключения обмоток со звезды на треугольник начинается при значении напряжения, равном 0, 577 линейного напряжения VL, а потребляемый ток (протекающий как в линии питания, так и в обмотках статора, соединенных звездой) в 0, 33 раза меньше тока, который двигатель потреблял бы из сети в случае прямого пуска двигателя с обмотками, соединенными треугольником. На основании приведенных выражений для тока на этапе соединения обмоток звездой и линейного тока на этапе соединения обмоток треугольником, можно сделать вывод, что .

Известно, что при уменьшении потребляемого тока уменьшение возникающих электромагнитных сил происходит пропорционально, а при уменьшении напряжения уменьшение начального вращающего момента имеет квадратичную зависимость (т. е. момент уменьшается в три раза).

В отдельных первоисточниках и технических статьях, касающихся пуска переключением обмоток со звезды на треугольник, такие явления как уменьшение падения сетевого напряжения, обусловленное уменьшение пускового тока (относительно прямого пуска), и уменьшение начального вращающего момента, который при прямом пуске может привести к повреждению узлов приводного механизма, часто не рассматриваются как достоинства и пуск переключением со звезды на треугольник не считается хорошим способом пуска. Тем не менее, такой способ часто используется на практике во многих областях промышленного применения асинхронных двигателей.

 

Автотрансформаторный пуск

Уменьшение напряжения на зажимах двигателя выполняется с помощью нерегулируемых автотрансформаторов или более дорогих многовыводных автотрансформаторов или даже с помощью трансформаторов с плавным регулированием напряжения.

Во время пуска через автотрансформатор (см. рисунок 2.6) двигатель подсоединен к одному ответвлению автотрансформатора (контакты автоматического выключателя с электромагнитным расцепителем и контакторов KA и KY замкнуты), благодаря чему сетевое напряжение на зажимах двигателя уменьшается в k раз. Во столько же раз уменьшается и ток, потребляемый двигателем, по отношению к току, который он потреблял бы при прямом пуске при полном номинальном напряжении. В результате ток в первичной обмотке автотрансформатора, и, следовательно, в линии питания, сокращается в k2 раз.

 

Рис. 2.6. Принципиальная схема автотрансформаторного пуска

Следовательно, наряду со снижением напряжения в k раз, также обеспечивается уменьшение пускового вращающего момента в k2 раз по сравнению с пуском при полном напряжении.

Как только скорость двигателя достигнет примерно 80 – 90% скорости установившегося режима, контакты контактора KY размыкаются и на двигатель продолжает подаваться пониженное напряжение, индуцируемое в обмотках автотрансформатора.

В этот момент контактор KL замкнут, а контактор KA разомкнут, благодаря чему питание подается к двигателю непосредственно от сети. Пуск через автотрансформатор считается достаточно дорогим решением по сравнению с пуском переключением по схеме звезда – треугольник, и применяется для пуска электродвигателей с короткозамкнутым ротором, средней или высокой мощности, применяемых для привода механизмов с большим моментом инерции.

 

Реостатный пуск

Этот способ, схема которого показана на рисунке 2.7, также предназначен для пуска двигателей с короткозамкнутым ротором. При использовании такого способа пуска падение напряжения происходит в реакторах или резисторах, включенных на время пуска последовательно с обмотками статора (контакты KL замкнуты, KB разомкнуты). Напряжение на зажимах двигателя в начальный период пуска уменьшено в k раз по сравнению с сетевым напряжением. Соответственно вращающий момент уменьшается в k2 раз. Пусковой ток ограничивается на уровне, соответствующем примерно половине тока при пуске двигателя на полном напряжении. По окончании разгона реакторы или резисторы закорачиваются замыканием контактов KB, после чего на зажимы двигателя подается полное напряжение.

Возможно также ступенчатое (с выдержкой времени) закорачивание реакторов или резисторов. Этот способ имеет некоторые недостатки, проявляемые в период пуска, например, приводит к значительному падению коэффициента мощности, поскольку реакторы имеют большое индуктивное сопротивление или к большим потерям мощности, рассеиваемой в резисторах. Такой способ пуска используется в приводе машин с большим моментом инерции и не требующих высоких значений вращающего момента и тока при пуске.

 

Рис. 2.7. принципиальная схема реостатного пуска

 

Плавный пуск

Современный способ пуска, требующий довольно высоких первоначальных затрат, основан на использовании электронных пускателей, обычно называемых устройствами плавного пуска. Применение такого устройство, показано на рисунке 2.8.

Устройство плавного пуска позволяет ограничить пусковой ток, ограничить вращающий момент и выполнить пуск за заданное время. В результате обеспечивается очень плавное нарастание напряжения на зажимах двигателя в течение времени пуска, и удается избежать сверхтоков и бросков токов, а также больших механических напряжений, характерных для прямого пуска и пуска переключением со звезды на треугольник. Устройства плавного пуска, как правило, состоят из двух частей: силового блока и блока управления.

Рис. 2.8. Принципиальная схема плавного пуска

 

Основными компонентами силового блока являются радиатор и тиристоры, которые управляются с помощью цифровой, как правило, микропроцессорной системы, реализованной на плате управления.

Обычно используется «последовательная» схема, представленная на рисунке 2.8. Предохранители можно заменить автоматическими выключателями, но следует помнить, что автоматический выключатель не обеспечивает защиту тиристоров при возникновении неисправности. Кроме того, если в устройстве плавного пуска не реализована тепловая защита, то потребуется внешнее тепловое реле, которое лучше всего включить на стороне питания шунтирующего контактора KB. Схему плавного пуска можно применять как часть схемы пуска переключением со звезды на треугольник, в которой схема плавного пуска заменяет пускатель, переключающий схему на треугольник. На начальном этапе пуска контакты KL замкнуты, а KB разомкнуты, благодаря чему устройство плавного пуска может контролировать процесс пуска. По завершении разгона контакты KB замыкаются. Силовой блок в устройстве плавного пуска перестает работать, а блок управления остается активным.

На рисунке 2.9 показаны типичные кривые пусковых токов и вращающих моментов электродвигателя для прямого пуска, плавного пуска и пуска переключением со звезды на треугольник.

 

Рис. 2.9. Кривые тока и вращающего момента двигателя

Для различных методов пуска

 

Из рассмотрения кривых видно, что при прямом пуске электроустановка подвергается самому сильному воздействию пускового тока и при этом создается самый большой пусковой момент. Способ пуска переключением со звезды на треугольник позволяет уменьшить пусковой ток, но в момент переключения со звезды на треугольник возникают очень высокий бросок тока. При этом в начальный момент пуска создается достаточно небольшой вращающий момент. Самым благоприятным для производственного агрегата (т.е. для двигателя, передаточного и приводного механизма) бесспорно, является плавный пуск.

Контрольные вопросы

1. Классификация и области применения асинхронных двигателей.

2. На чем основана работа асинхронного двигателя?

3. Объясните принцип действия асинхронного двигателя.

4. Может ли ротор асинхронного двигателя вращаться синхронно с вращающимся полем?

5. Какие разновидности пускателей асинхронных двигателей вам известны? Охарактеризуйте их.

6. Какие функции выполняет обмотка статора в синхронном генераторе и в асинхронном двигателе?

7. Что такое шаг обмотки по пазам и какой должна быть его величина?

8. На какие гармонические составляющие можно разложить несинусоидальную кривую ЭДС в обмотке статора?

9. Какие применяются средства подавления высших гармоник ЭДС в обмотке статора?

10. Каким образом можно ослабить зубцовые гармоники ЭДС в обмотке статора?

11. Как изменится ЭДС обмотки с 2р = 6, если последовательное соединение ее катушечных групп изменить на параллельное? Начертите схемы этих соединений.

12. Почему лобовые части однослойных концентрических обмоток располагают в нескольких плоскостях?

13. Каковы достоинства и недостатки двухслойных однослойных обмоток статоров?

14. Почему однофазную обмотку статора укладывают в 2/3 пазов?

15. Как разделяются электроизоляционные материалы по нагревостойкости?

16. Почему гармонические составляющие МДС обмотки статора называют пространственными?

17. Какие методы подавления высших пространственных гармоник применяют в машинах переменного тока?

18. Какова зависимость частоты вращения МДС обмотки статора от частоты тока и числа полюсов в обмотке статора?

19. Как изменить направление вращения МДС обмотки статора?

20. Каково относительное значение магнитной индукции обратной составляющей поля статора при круговом, эллиптическом и пульсирующем магнитных полях?

21. Почему ротор асинхронного двигателя не может вращаться с частотой вращения магнитного поля?

22. Что такое скольжение асинхронной машины?

23. В каких основных режимах может работать асинхронная машина?

24. Как устроен асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором?

25. Как устроен асинхронный двигатель с фазным ротором?

26. В чем отличие работы асинхронной машины при неподвижном и враща­ющемся роторе? Как зависят ЭДС и частота тока ротора от скольжения?

27. Как зависит электромагнитный момент асинхронной машины от магнит­ного потока и тока ротора?

28. Какая часть схемы замещения эквивалентна механической нагрузке на валу двигателя?

29. Для чего Т-образную схему замещения преобразовывают в Г-образную?

30. От каких параметров зависят максимальный момент асинхронного дви­гателя и критическое скольжение?

31. Как построить механическую характеристику по каталожным данным?

32. Какие добавочные моменты возникают от действия высших пространственных гармоник магнитного поля и как они влияют на механическую ха­рактеристику?

33. Какие добавочные моменты возникают от действия высших гармоник тока при питании обмотки статора несинусоидальным напряжением?

34. Как выражается условие устойчивости работы асинхронного двигателя и какова зона устойчивости при использовании двигателя в электроприводе с M_H = const?

35. Как влияют нагрузка на валу двигателя на его КПД и коэффициент мощности?

36. Как влияет изменение частоты и напряжения на энергетические показа­тели двигателя?

37. Какой основной недостаток способа прямого пуска асинхронного дви­гателя?

38. Для чего применяют пуск двигателя с короткозамкнутым ротором при пониженном напряжении и изменяется ли при этом пусковой момент?

39. Какими способами понижают напряжение при пуске?

40. Для чего при пуске двигателя с фазным ротором в цепь обмотки ротора включают реостат?

41. Как устроен двигатель с двойной беличьей клеткой и как он работает в начальный момент пуска и после его окончания?

42. Как устроен и работает глубокопазный двигатель?

43. Какими способами можно регулировать частоту вращения асинхронного двигателя?

44. По каким законам регулируют частоту тока и питающее напряжение при частотном регулировании асинхронных двигателей?

45. Как влияет несинусоидальность питающего напряжения на энергетиче­ские показатели частотно-регулируемого двигателя?

46. Как устроены многоскоростные двигатели?

47. Как изменяется механическая характеристика двигателя при включении в цепь ротора реостата и при изменении питающего напряжения?

48. В каких тормозных режимах может работать асинхронная машина?

49. Почему в однофазном асинхронном двигателе начальный пусковой мо­мент равен нулю?

50. Как запускают однофазные асинхронные двигатели?

 

Практическая работа №3.

ОДНОФАЗНЫЕ И КОНДЕНСАТОРНЫЕ

АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ

 

Цель работы: Изучить принцип действия однофазных и конденсаторных асинхронных электрических машин.

 

Методические указания

Выполнение практической работы заключается в изучении: принципов действия и пуска однофазного асинхронного двигателя; принципов действия асинхронных конденсаторных двигателей; особенностей работы трехфазного асинхронного двигателя от однофазной сети; принципов действия однофазного двигателя с экранированными полюсами. Для защиты работы необходимо ответить на контрольные вопросы.

Основные теоретические сведения

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться: