2.8.4. Работа ад при неноминальных условиях

а) Изменение частоты

При эксплуатации АД возможно изменение номинальных условий, например частоты питающей сети , которая может быть больше или меньше. Допустим, нагрузочный моментAД равен номинальному . Если пренебречь падением напряжения в обмотке статора, то можно записать:

. (2.19)

При любых изменениях изменяется поток, что вызывает изменение тока холостого хода. Так как

, (2.20)

то изменение потока вызывает изменение тока .

Допустим . Согласно (2.19) поток при этом увеличивается, что приводит к увеличению тока холостого хода и уменьшению коэффициента мощности. С другой стороны, согласно (2.20) уменьшение токавызывает уменьшение тока. Однакобудет повышаться за счет превалирующего увеличения тока холостого хода(рис. 2.47). Это может вызвать перегрев обмотки статора. Кроме того, увеличение потока сопровождается увеличением магнитных потерь. При повышении частоты, поток согласно (2.19) понижается, в результате чего уменьшается ток холостого хода, но при этом, согласно (2.20), увеличивается вторичный ток, вызывая перегрев обмотки ротора. Увеличение токаможет вызвать повышение первичного тока. Однако, уменьшение тока холостого ходаможет оставить неизменным ток. Таким образом, отклонение частоты ухудшают условия работы АД, работающих при номинальной нагрузке. Согласно стандарту АД должны отдавать номинальную мощность при отклонении частоты± 5%.

б) Изменение первичного напряжения

В данном случае любые изменения напряжения, вызывают изменение потока, как и в предыдущем случае. Такие изменения сопровождаются аналогичным ухудшением условий работы АД при номинальной нагрузке. Согласно стандарту АД должны отдавать номинальную мощность при отклонениях питающего напряжения в пределах –5% до +10%. Если напряжение и частота меняются одновременно, то согласно стандарту АД должен развивать номинальную мощность, если сумма процентных отклонений, без учета знака, не превышает 10 %.

в) Переключение обмотки статора слабонагруженных асинхронных двигателей с треугольника на звезду

Предполагается, что нормальное соединение обмотки статора – треугольник (Д) (рис. 2.48). Если нагрузка АД составляет 30…40% от номинальной, то уменьшение напряжения питания приводит к улучшению энергетических показаний двигателя. Действительно, как показано выше с уменьшением уменьшаетсяФ, что сопровождается уменьшением тока холостого хода и улучшением коэффициента мощности. Кроме того, магнитные потери уменьшаются пропорционально. Увеличениене представляет особой опасности, т.к. двигатель недогружен, и первичный ток может оказаться равным номинальному или меньше его. Все это улучшает энергетические показатели АД. На практике уменьшение фазного напряжения недогруженного АД осуществляется путем переключений обмотки статора с Д на У.

В этом случае фазное напряжение уменьшается в √3 раз, поток также уменьшается в √3 раз, вызывая уменьшение тока холостого хода в (2…2,5) раза. увеличивается в √3 раз. Такое переключение сопровождается увеличением КПД и коэффициента мощности недогруженного АД.

1. Работа трехфазных асинхронных двигателей

при несимметрии трехфазных напряжений

Допустим, что подводимые к АД напряжения образуют не симметричную трехфазную систему напряжений. Ее можно представить в виде двух симметрических систем и .

Здесь второй индекс «1» относится к прямой последовательности, а «2» - к обратной. При этом:

,

,

,

где – оператор поворота.

,

.

Составляющих нулевой последовательности нет, т.к. отсутствует нулевой провод.

Система напряжения прямой последовательности создает в статоре симметричную трехфазную систему токов . Эти токи создают вращающиеся магнитное поле прямой последовательности, которые наводят в роторе токи прямой последовательности. В результате взаимодействия токов и образуется результирующее магнитное поле прямой последовательности, относительно которого ротор вращается со скольжением .

Схема замещения соответствующая током прямой последовательности и прямому полю имеет вид (рис.2.49).

В результате взаимодействия прямого поля и токами ротора создается момент

.

Система обратной последовательности вызывает появление в обмотке статора токов обратной последовательности . Последние создают поле обратной последовательности, которое вращается в противоположную сторону с частотой. Это поле наводит в обмотке ротора токи обратной последовательности. Токи обратной последовательности статора и ротора создают результирующее поле обратной последовательности, по отношению к которому ротор вращается со скольжением

.

Так как , то, то в результате взаимодействия обратного поля с токами ротора обратной последовательности возникает электромагнитный момент

.

Схема замещения имеет вид (рис. 2.50)

Результирующий момент АД в данном случае

.

Для токов прямой и обратной последовательности частоты неодинаковы . Здесь следует учитывать наиболее сильное влияние эффекта вытеснение для токов обратной последовательности.

Как следует из последнего рисунка, момент при несимметрии питания уменьшается, уменьшается КПД, появляются потери от обратного поля (рис. 2.51).

2. Несимметрия сопротивлений во вторичной цепи

асинхронного двигателя

Несимметрия сопротивлений обмотки ротора АД может быть вызвана в АДФ из-за плохого контакта в цепи одной из фаз ротора, а случае АДК – обрывом одного или нескольких стержней.

При не симметрии сопротивлений обмотки ротора токи в его фазах будут не одинаковы. Они образуют несимметричную систему токов, которую можно представить в виде 2-х симметричных и. Эти токи имеют частоту. Они создают прямое и обратное поле, вращающееся относительно ротора с частотой вращения.

Прямое поле ротора вращается относительно статора с частотой вращения

.

Таким образом, прямое поле ротора вращается с той же частотой вращения относительно статора, что и поле статора, т. е. эти поля вращаются синхронно с частотой . Они неподвижны относительно друг друга и образуют результирующее поле. В результате взаимодействия последнего с токами ротора возникает электромагнитный можетМ₁аналогичный моменту при симметричном питании.

Обратное поле ротора вращается относительно статора с частотой вращения

.

Это обратное поле наводит в статоре токи частоты, замыкающиеся через сеть. В результате взаимодействия обратного поля ротора с токамивозникает момент. Величина этого момента зависит от частоты вращения ротора или от его скольжения. Действительно, если, то, а момент, т. е. является ускоряющим. При, момент, т. е. является тормозным. При . Таким образом, моментявляется знакопеременным. Поясним это графически и изобразим зависимости(рис.2.52).

Кривая результирующего момента имеет провал при частоте вращения близкой к полусинхронной. В связи с этим при пуске АД возможно «застревание» двигателя на полусинхроной частоте вращения (точкаасм. рис. 2.52,в). Это явление называют эффектом одноосного включения.

87