Асинхронные машины с неподвижным ротором

представляет собой асинхронную машину с фазным ротором, ротор которой заторможен и может быть вручную или с помощью вспомогательного (исполнительного) двигателя повернут относительно статора на 360° эл. Торможение и поворот ротора осуществляется обычно с помощью самотормозящейся червячной передачи. Первичная сторона фазорегулятора присоединяется к сети, а вторичная — к нагрузке (сопротивления Z_HT на рис ниже. Фазорегулятор представляет собой в сущности поворотный трансформатор с регулируемой фазой вторичного напряжения относительно первичного. Фазорегуляторы находят применение главным образом в лабораториях, в частности, при испытании счетчиков электрической энергии и других приборов и аппаратов. Необходимо иметь в виду, что на ротор фазорегулятора, когда он нагружен, действует вращающий момент. Это же относится и к другим рассматриваемым ниже машинам с заторможенным ротором.

Схема замещения, Уравнениям напряжений и токов, а также векторной диаграм­ме асинхронного двигателя соответствует электрическая схема замещения асинхронного двигателя.

Рис. 12.2. Схемы замещения асинхронного

На рис. 12.2, а представлена Т-образ­ная схема замещения. Магнитная связь обмо­ток статора и ротора в асинхронном двигателе на схеме замещения заменена электрической связью цепей статора и ротора. Активное со­противление можно рассматривать как внешнее сопротивление, включенное в обмотку неподвижного ротора. В этом случае асинхронный двигатель аналогичен трансформатору, работающе­му на активную нагрузку. Сопротивление– единст­венный переменный параметр схемы. Значение этого сопротивле­ния определяется скольжением, а следовательно, механической нагрузкой на валу двигателя. Так, если нагрузочный момент на валу двигателя М₂ = 0, то скольжение s ≈ 0. При этом r₂' (1 - s )/ s = ∞, что соответствует работе двигателя в режиме х.х. Если же нагрузочный момент на валу двигателя превышает его вращающий момент, то ротор останавливается (s = 1). При этом r₂'(1 - s )/ s = О, что соответствует режиму к.з. асинхронного дви­гателя.

Более удобной для практического применения является Г- образная схема замещения (рис. 12.2, б), у которой намагничиваю­щий контур (Z_m = r_m+ j x_m) вынесен на входные зажимы схемы замещения. Чтобы при этом намагничивающий ток I₀ не изменил своего значения, в этот контур последовательно включают сопро­тивления обмотки статора r₁ и х₁. Полученная таким образом схе­ма удобна тем, что она состоит из двух параллельно соединенных контуров: намагничивающего с током ₀ и рабочего с током - ^′₂. Расчет параметров рабочего контура Г-образной схемы заме­щения требует уточнения, что достигается введением в расчетные формулы коэффициента с₁ (рис. 12.2, б), представляющего собой отношение напряжения сети U₁ к ЭДС статора Е₁ при идеальном холостом ходе (s = 0) [1]. Так как в этом режиме ток холостого хода асинхронного двигателя весьма мал, то U₁ оказывается лишь немногим больше, чем ЭДС Е₁, а их отношение с₁ =U₁/ E₁ мало отличается от единицы. Для двигателей мощностью 3 кВт и более с₁ = 1,05 ÷ 1,02, поэтому с целью облегчения анализа выражений, характеризующих свойства асинхронных двигателей и упрощения практических расчетов, примем с₁ = 1. Возникшие при этом не­точности не превысят значений, допустимых при технических расчетах. Например, при расчете тока ротора I^′₂ эта ошибка соста­вит от 2 до 5 % (меньшие значения относятся к двигателям боль­шей мощности).

Воспользовавшись Г-образной схемой замещения и приняв с₁ = 1, запишем выражение тока в рабочем контуре:

I^′₂ =

или с учетом (12.21) получим

I^′₂ = . (12.25)

Знаменатель выражения (12.25) представляет собой полное сопротивление рабочего контура Г-образной схемы замещения .асинхронного двигателя.

Электромагнитный момент асинхронного двигателя создается взаимодействием тока в обмотке ротора с вращающимся магнитным полем

М = M_max = ±

Под действием этого момента начи­нается вращение ро­тора двигателя, при этом скольжение уменьшается, а вра­щающий момент воз­растает в соответст­вии с характеристи­кой М = f (s). При критическом сколь­жении s_кр момент достигает максималь­ного значения М_mах. С дальнейшим нараста­нием частоты вращения (уменьшением скольжения) момент М на­чинает убывать, пока не достигнет установившегося значения, равного сумме противодействующих моментов, приложенных к ротору двигателя: момента х.х. M₀ и полезного нагрузочного мо­мента (момента на валу двигателя) М₂, т. е.

М = М₀ + M₂ ⁼ M_ст

Пуск асинхронного двигателя при полном и пониженном напряжении. Пусковой ток и его влияние на питающую сеть и на двигатель. Сравнение различных способов пуска между собой. Улучшение пусковых свойств двигателей, глубокопазные и двухклеточные двигатели. Двигатель с фазным ротором.

Пуск асин­хронного двигателя сопровождается переходным процессом, обусловленным переходом ротора и ме­ханически связанных с ним частей исполнительного механизма из состояния покоя в состояние равно­мерного вращения, когда вращающий момент двига­теля уравновешивается суммой противодействую­щих моментов, действующих на ротор двигателя.

Пусковые свойства двигателя определяются в первую очередь значением пускового тока I_п или его кратностью I_п/ I_ном и значением пускового момента М_п или его кратностью М_п/М_ном. Двигатель, обла­дающий хорошими пусковыми свойствами, развива­ет значительный пусковой момент при сравнительно небольшом пусковом токе. Однако получение такого сочетания пусковых параметров в асинхронном дви­гателе сопряжено с определенными трудностями, а иногда оказывается невозможным.

В начальный момент пуска скольжение s = 1, по­этому, пренебрегая током х.х., пусковой ток можно определить как: I_п = U₁/ .

Пусковой момент: M_п =

Улучшить пуско­вые свойства двигателя можно увеличением актив­ного сопротивления цепи ротора r₂', так как в этом случае уменьшение пускового тока сопровождается увеличением пускового момента. В то же время на­пряжение U₁ по-разному влияет на пусковые пара­метры двигателя: с уменьшением U₁ пусковой ток уменьшается, что благоприятно влияет на пусковые свойства двигателя, но одновременно уменьшается пусковой момент. Целесообразность применения того или иного способа улучшения пусковых свойств двигателя определяется конкретными условиями эксплуатации двигателя и требованиями, которые предъявляются к его пусковым свойствам.

Помимо пусковых значений тока I_п и момента М_п пусковые свойства двигателей оцениваются еще и такими показателями: продолжительность и плавность пуска, сложность пусковой опе­рации, ее экономичность (стои­мость и надежность пусковой ап­паратуры и потерь энергии в ней).

Пуск двигателей с фазным ротором. Наличие контактных колец у двигателей с фазным ро­тором позволяет подключить к обмотке ротора пусковой реостат (ПР). При этом активное сопро­тивление цепи ротора увеличива­ется до значения R₂ = r₂' + r_д', где r_д' — электрическое сопротивление пускового реостата,

Рис. 15.1. Зависимость пускового момента от активного сопротив­ления цепи ротора приве­денное к обмотке статора. Влияние возросшего значения активно­го сопротивления на пусковой момент двигателя М_п следует из (13.19). Это влияние графически показано на рис. 15.1, из которого видно, что если при отсутствии ПР, т. е. при активном сопротив­лении цепи ротора R₂ = r₂, пусковой момент М_п = М_по, то при введении в цепь ротора добавочного активного сопротивления r_доб , когда R^/₂ = r₂' + r_доб' , пусковой момент возрастает и при R^//₂ = r₂' + r_доб' = х₁ + х'₂ достигает наибольшего значения М_п.наиб. При R^/₂ > х₁ + х'₂ пусковой момент уменьшается.

При выборе сопротивления пускового реостата r_доб исходят из условий пуска двигателя: если двигатель включают при значи­тельном нагрузочном моменте на валу, сопротивление пускового реостата r_до6 выбирают таким, чтобы обеспечить наибольший пус­ковой момент (см. график при r^/_2Ш на рис. 13.6); если же двигатель включают при небольшом нагрузочном моменте на валу, когда пусковой момент не имеет решающего значения для пуска, оказы­вается целесообразным сопротивление ПР r_доб выбирать несколько больше значения, соответствующего наибольшему пусковому мо­менту, т. е. чтобы R^/₂ > x₁ + х'₂. В этом случае пусковой момент оказывается несколько меньшим наибольшего значения М _п.mах, но зато пусковой ток значительно уменьшается (см. график при r'_2IV на рис. 13.6).

На рис. 15.2, а показана схема включения ПР в цепь фазного ро­тора. В процессе пуска двигателя ступени ПР переключают таким образом, чтобы ток ротора оставался приблизительно неизменным, а среднее значение пускового момента было близко к наибольшему. На рис. 15.2, бпредставлен график изменения пускового мо­мента асинхронного двигателя при четырех ступенях пускового реостата. Так, в начальный момент пуска (первая ступень реоста­та) пусковой момент равен М_п.maх. По мере разгона двигателя его момент уменьшается по кривой 1. Как только значение момента уменьшится до значения М_п.minрычаг реостата переводят на вторую ступень и сопротивление реостата

Рис. 15.2. Схема включения пускового реостата (а) и построение графика пускового момента (б) асинхронного двигателя с фазным ротором

уменьшается. Теперь зави­симость М = f(s) выражается кривой 2и пусковой момент двигате­ля вновь достигает М_п.mах. Затем ПР переключают на третью и на четвертую ступени (кривые 3 и 4).После того как электромагнит­ный момент двигателя уменьшится до значения, равного значению противодействующего момента на валу двигателя, частота враще­ния ротора достигнет установившегося значения и процесс пуска двигателя будет закончен. Таким образом, в течение всего процесса пуска значение пускового момента остается приблизительно постоянным, равным М_п.ср. Следует иметь в виду, что при слишком быстром переключении ступеней реостата пусковой ток может достигнуть недопустимо больших значений.

Пусковые реостаты состоят из кожуха, рычага с переключаю­щим устройством и сопротивлений, выполненных из металличе­ской проволоки или ленты, намотанной в виде спирали, или же из чугунного литья. Пусковые реостаты рассчитаны на кратковре­менное протекание тока, а поэтому рычаг пускового реостата нельзя долго задерживать на промежуточных ступенях, так как сопротивления реостата могут перегореть. По окончании процесса пуска, когда рычаг реостата находится на последней ступени, обмотка ротора замкнута накоротко.

В заключение отметим, что в асинхронных двигателях с фаз­ным ротором обеспечивается наиболее благоприятное соотноше­ние между пусковым моментом и пусковым током: большой пусковой момент при небольшом пусковом токе (в 2—3 раза больше номинального). Недостатками пусковых свойств двигателей с фазным ротором являются некоторая сложность, продолжительность и неэкономичность пусковой операции. Последнее вызыва­ется необходимостью применения в схеме двигателя пускового реостата и непроизводительным расходом электроэнергии при его нагреве.

Потери и коэффициент полезного действия асинхронных двигателей. Коэффициент мощности и способы его повышения. Однофазный асинхронный двигатель. Пуск в ход, двигатели с пусковым сопротивлением и пусковой емкостью. Конденсаторные асинхронные двигатели, их основные характеристики.