Материал: Электроснабжение. учебно-методическое пособие. Сергеев В.А., Мамонтов Д.А

счет увеличения Р2 , но одновременно быстрее Р2 возрастают переменные потери Рпер . Поэтому при некотором токе Iкр

рост КПД прекращается и в дальнейшем он начинает уменьшаться.

Коэффициент мощности двигателя cos 1 можно определить по схеме замещения АД (см. рисунок 3.3), зная значение активной составляющей тока статора Iа и входящее сопротивление схемы замещения Z :

где R – активное сопротивление намагничивающего

контура схемы замещения.

При переходе от режима холостого хода к режиму номинальной нагрузки коэффициент мощности возрастает от значения cos 1 0,08...0,15 до некоторой максимальной величины, равной; для двигателей мощностью от 1 до 100 кВт (0,7…0,9). При дальнейшем росте нагрузки cos 1 несколько уменьшается, что объясняется тем, что при возрастании механической нагрузки на валу уменьшается активная составляющая тока ротора I2 и увеличивается частота тока в роторе f2 f1S и его индуктивное сопротивление X2S .

91

Рис. 3.3. Схема замещения одной фазы асинхронного двигателя

Работа асинхронного двигателя при малых нагрузках, когда cos 1 мал, в энергетическом отношении невыгодна. В случаях, когда двигатель работает с изменяющейся нагрузкой, целесообразно для повышения коэффициента мощности при степени нагрузки до 50 % от номинальной уменьшать напряжение, подаваемое на фазы обмотки статора (например, путем переключения с на Y). В этом случае уменьшается магнитный поток машины, а, следовательно, и реактивная мощность.

2.2. Работа асинхронного двигателя при неноминальных условиях

2.2.1. Изменение напряжения Обычно АД рассчитывают так, чтобы при

номинальном режиме КПД и cos 1 у них были близки к максимальным. С другой стороны, максимум КПД имеет место при Рпост Рпер . При увеличении напряжения

происходит возрастание магнитного потока, а, следовательно, увеличение тока холостого хода и магнитных потерь в стали. Вследствие этого КПД и cos 1 уменьшаются.

92

Уменьшение напряжения опасно тем, что пропорционально квадрату напряжения изменяется Мmax и при большом моменте нагрузки может произойти нарушение устойчивости двигателя. Колебания напряжения по ГОСТ 32144-2013 должны быть ограничены от -5 до +10 %. При одновременном отклонении частоты и напряжения асинхронный двигатель должен отдавать номинальную мощность, если сумма процентных отклонений этих параметров не превосходит 10 % (без учета их знаков).

для двигателя мощностью 1,5 кВт при 3000 об/мин. Из этих кривых следует, что при допустимых стандартом отклонениях напряжения от номинального КПД при Р2н

уменьшается на 2 %, а при Р 0,6Рн и U 1,1Uном – на 8 %. При этом наихудший и довольно часто встречающийся случай – работа недогруженного двигателя при 1,1Uном дает максимальное уменьшение cos 1 на 24 %.

а) б)

Рис. 3.4. Зависимости КПД и cosφ от коэффициента регулирования напряжения

93

При частичной нагрузке, когда нет угрозы нарушения устойчивости, уменьшение напряжения позволяет увеличить КПД и cos 1, т.к. пропорционально напряжению уменьшается магнитный поток Фm, ток холостого хода I0 и магнитные потери Pмаг. Из рассмотрения рис. 4 следует, что каждой нагрузке соответствует свое оптимальное значение напряжения, при котором постоянные потери равны переменным. Чем меньше нагрузка, тем меньше это оптимальное напряжение.

Таким образом, желательно при частичных нагрузках снижать напряжение питания для того, чтобы КПД и cos 1 поддерживать на высоком уровне.

Для рассмотрения влияния изменения напряжения на рабочие характеристики АД изучим это влияние на зависимости при U var. Согласно схеме замещения (см. рис. 3.3):

напряжения для указанного выше электродвигателя при различных значениях нагрузочного момента М*.

Из рассмотрения этих зависимостей вытекает, что наиболее целесообразной мерой является регулирование напряжения по законам, обеспечивающим максимум или

94

при cos 1 cos 1ном . При регулировании напряжения по максимальному значению cos 1 КПД оказывается значительно ниже, чем при других законах регулирования.

Рис. 3.5. Зависимости КПД и cosφ от нагрузки

Проще всего осуществить уменьшение напряжения при снижении нагрузки путем переключения обмотки статора со схемы на схему Y. На рис. 3.6а, 3.6б, 3.6в показаны рабочие характеристики АД при таком переключении.

95