Материал: А27402 Афанасьева НА Булат ЛП Электротехника и электроника Учебн пособие

АД проектируют так, чтобы s_кр  0,1. Электромагнитный момент при s = 1, т. е. при n₂ = 0, называется пусковым моментом M_пуск.

Пусковой момент так же, как и максимальный, пропорционален квадрату питающего напряжения (M_пуск  ), поэтому АД весьма чувствителен к снижению питающего напряжения, а при очень малых напряжениях сети, двигатель может даже не запуститься.

В каталогах на асинхронные двигатели указываются допустимые соотношения

1,1  1,8 ; = 0,9  1,2.

Максимальный момент определяет перегрузочную способность асинхронного двигателя. У работающего двигателя динамическое равновесие моментов автоматически восстанавливается при увеличении скольжения, пока тормозной момент на валу меньше максимального момента, развиваемого двигателем.

Когда же тормозной момент становится равным максимальному, то при дальнейшем увеличении нагрузки возрастание скольжения будет уменьшать вращающий момент; динамическое равновесие, нарушенное увеличением нагрузки, не восстанавливается и двигатель может вообще остановиться.

Механические характеристики наглядно показывают свойства асинхронного двигателя как части электропривода. Однако для более полного выявления свойств самого двигателя служат его рабочие характеристики.

11.5.2. Рабочие характеристики ад

Рабочие характеристики двигателя – это зависимость его эксплуатационных параметров от мощности на валу P₂ (полезной мощности). К эксплуатационным параметрам относятся: n₂ – частота вращения двигателя (ротора); cos ₁ – коэффициент мощности двигателя;  – коэффициент полезного действия (КПД) двигателя; M_вр – момент вращения двигателя; I₁ – ток в обмотке статора; s – скольжение двигателя.^

Рабочие характеристики снимаются при постоянном напряжении питания статорной обмотки и постоянной частоте тока в сети (U₁ = const, f = const). Они показаны на рис. 89.

Зависимость тока статорной обмотки от полезной мощности на валу I₁ = f (P₂). По мере роста нагрузки на валу увеличивается ток статора за счет увеличения его активной составляющей. В режиме холостого хода, когда момент практически равен нулю, ток равен току холостого хода I_1х, значение которого зависит от магнитного сопротивления магнитопровода и, в первую очередь, от сопротивления воздушного зазора между статором и ротором, поэтому зазор делается небольшим – десятые доли мм, тем не менее I_1х  (0,20,5) I_1н в зависимости от мощности АД.

Зависимость коэффициента мощности АД oт полезной мощности cos ₁ = f (P₂). При холостом ходе cos ₁ определяется мощностью потерь в магнитопроводе, обычно в этом режиме cos ₁ достаточно мал (0,20,3), поэтому длительная работа АД без нагрузки нежелательна. Однако при нагрузке, близкой к номинальной, рост cos  замедляется вследствие увеличения реактивной мощности полей рассеяния. Обычно при номинальном режиме АД cos ₁ равен 0,70,85.

Зависимость частоты вращения ротора от полезной мощности n₂ = f (P₂). Эта характеристика достаточно жесткая и мало отличается от механической характеристики двигателя.

Зависимость коэффициента полезного действия АД от полезной мощности  = f (P₂) выражается формулой

,

где P₂ – полезная мощность, P₁ – мощность, подводимая к статорной обмотке (затраченная мощность), P_магн – потери в стали статора, P_эл –электрические потери в меди обмоток, P_мех – механические потери, обусловленные трением в подшипниках, несоосностью ротора и статора и др. При отсутствии нагрузки  = 0, с увеличением P₂ – коэффициент полезного действия увеличивается, однако, при больших нагрузках рост  замедляется, затем  начинает уменьшаться за счет увеличения тепловых потерь в обмотках, пропорциональных квадрату токов в них. Асинхронные двигатели рассчитывают так, чтобы максимальный  находился в пределах (0,70,8 )P_2ном.

Зависимость вращающего момента АД от полезной мощности M = f (P₂). Вращающий момент складывается из полезного момента M₂ и момента холостого хода M_вр.х, последний затрачивается на покрытие механических потерь, его можно считать постоянным и не зависящим от нагрузки двигателя. Полезный момент , где _р – угловая частота ротора, которая уменьшается с увеличением полезной мощности P₂, поэтому кривая момента – нелинейная и характеристика М = f (P₂) несколько отклоняется вверх.

Зависимость скольжения АД от полезной мощности s = f (P₂). Скольжение s ротора связано с n₂ следующим образом:

При холостом ходе, когда P₂ = 0, n₂  n₁ скольжение мало oтличается от нуля. С увеличением полезной мощности частота вращения ротора несколько уменьшается, а скольжение увеличивается. При P₂ = P_2н скольжение s = 0,030,06.

11.6. Способы пуска асинхронных двигателей

Пусковые свойства АД определяются пусковым током, начальным пусковым моментом, а также плавностью, экономичностью пускового процесса и длительностью пуска.

Улучшение пускового режима АД сводится к уменьшению пускового тока, причем желательно, чтобы пусковой момент был как можно больше.

Для АД с короткозамкнутым ротором существуют следующие способы пуска.

1. Прямой пуск – включение в сеть трехфазного тока обмотки статора. Этот способ простой и быстрый, но применяется только для двигателей, мощность которых относительно невелика сравнительно с мощностью электрической сети. Способ применим в тех случаях, когда не требуется плавности пуска.

Если же мощность АД соизмерима с мощностью питающей сети, то применяются различные способы снижения напряжения, подводимого к двигателю при пуске.

При этом пусковой ток также снижается, но понижение напряжения вызывает нежелательное уменьшение пускового момента.

Поэтому применяют следующие способы снижения напряжения, подводимого к двигателю при пуске.

2. Включение в обмотку статора автотрансформатора (рис. 90). При пуске автотрансформатор полностью введен (полностью включен), по мере разгона двигателя автотрансформатор выводится (выключается) вручную или автоматически. Однако этот способ имеет существенные недостатки:

– наличие громоздкого автотрансформатopa;

– пусковой момент снижается во столько же раз, во сколько снижается и пусковой ток.

3. Переключение статора АД со звезды на треугольник. При этом пусковой ток уменьшается в 3 раза, но и пусковой момент также снижается, так как уровень снижения напряжения составляет , а пусковой момент пропорционален квадрату напряжения.

После разгона двигателя обмотку статора необходимо снова переключить на треугольник для увеличения вращающего момента АД. Способ применим для двигателей с короткозамкнутым ротором малой мощности (до 20 кВт).

; .

; ; ; ;

.

4. Включение в обмотку статора элементов с активным или индуктивным сопротивлением (рис. 91).

В момент пуска R или L подключены полностью, а после окончания пуска они шунтируются вручную или автоматически.

Эта схема дешевле и проще, чем пуск с помощью автотрансформатора, но пусковой момент уменьшается пропорционально квадрату напряжения.

5. Для пуска асинхронных двигателей с фазным ротором применяется способ введения в цепь ротора пусковых реостатов (рис. 92).