26. Двигательный режим работы асинхронной машины. Энергетическая диаграмма.

Двигательный режим

(0 < s < 1). Схема замещения асинхрон­ной машины отражает все основные процессы, происходящие в ней, и представляет собой удобную основу для изучения режимов работы машины. Про­цесс преобразования активной энергии и мощности при двигательном режиме работы асинхронной машины.

Асинхронный двигатель потребляет из сети активную мощность.

Часть этой мощности теряется в виде электрических потерь в активном сопротивлении первичной обмотки:

а другая часть — в виде магнитных потерь в сердечнике статора (первичной цепи):

оставшаяся часть мощности

представляет собой электромагнитную мощность, передаваемую посредством магнитного поля со статора на ротор. На схеме заме­щения этой мощности соответствует мощность в активном сопротив­лении вторичной цепи. Поэтому

Часть этой мощности теряется в виде электрических потерь в активном сопротивлении вторичной обмотки:

Остальная часть мощности Рэм превращается в механическую мощность Рмх, развиваемую на роторе:

или

Часть механической мощности теряется внутри самой машины в виде механических потерь (на вентиляцию, на трение в подшипниках и на щетках машин с фазным ротором, если эти щетки при работе не поднимаются), магнитных потерь в сердечнике ротора и добавочных потерь. Последние вызваны в основном высшими гармониками магнитных полей, которые возникают ввиду наличия высших гармоник н. с. обмоток и зубчатого строе­ния статора и ротора. Во-первых, высшие гармоники поля индук­тируют э.д.с. и токи в обмотках, в связи с чем появляются доба­вочные электрические потери. Эти потери заметны по величине только в обмотках типа беличьей клетки. Во-вторых, эти гармоники поля обусловливают добавочные магнитные потери на поверхности (поверхностные потери) и в теле зубцов (пульсационные потери) статора и ротора. Вращение зубцов ротора относительно зубцов статора вызывает пульсации магнитного потока в зубцах, и поэтому соответствующая часть потерь называется пульсационным и потерями. Магнитные потери в сердечнике ротора при нормальных рабочих режимах обычно очень малы и отдельно не учи­тываются.

Добавочные потери при­нимают равными 0,5% от подводимой мощности при номинальной нагрузке. Отметим, что в обмотках возникают также добавочные потери от вихревых токов в связи с поверхностными эффектами..

Полезная механическая мощность на валу, или вторичная мощность

Сумма потерь двигателя.

К.п.д. двигателя

К.п.д. двигателя мощностью Р_н = 1 - 1000 кВт при номи­нальной нагрузке находится соответственно в пределах 0,72 - 0,95. Более высокие к. п. д. имеют двигатели большей мощности и с большей скоростью вращения.

Энер­гетическая диаграмма асинхронного двигателя.

Режим двигателя.

27. Прямой пуск.

При рассмотре­нии возможных способов пуска в ход асинхронных двигателей необходимо учитывать следующие основные положения: 1) двига­тель должен развивать при пуске достаточно большой пусковой

момент, который должен быть больше статического момента сопро­тивления на валу, чтобы ротор двигателя мог прийти во вращение и достичь номинальной скорости вращения; 2) величина пускового тока должна быть ограничена таким значением, чтобы не происхо­дило повреждения двигателя и нарушения нормального режима работы сети; 3) схема пуска должна быть по возможности простой, а количество и. стоимость пусковых устройств—малыми.

При пуске асинхронного двигателя на холостом ходу в активном сопротивлении его вторичной цепи выделяется тепловая энергия, равная кинетической энергии приводимых во вращение маховых масс, а при пуске под нагрузкой количество выделяемой энергии соответственно увеличивается. Выделение энергии в первичной цепи обычно несколько больше, чем во вторичной. При частых пусках, а также при весьма тяжелых условиях пуска, когда махо­вые массы приводимых в движение механизмов велики, возникает опасность перегрева обмоток двигателя. Подробно динамика дви­жения электропривода и энергетические соотношения при пуске рассматриваются в курсах электропривода. Число пусков асин­хронного двигателя в час, допустимое по условиям его нагрева, тем больше, чем меньше номинальная мощность двигателя и чем меньше соединенные с его валом маховые массы. Двигатели мощ­ностью 3—10 кет в обычных условиях допускают до 5—10 вклю­чений в час.

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором проще по устройству и обслуживанию, а также дешевле и надежнее в ра­боте, чем двигатели с фазным ротором.

Поэтому всюду, где это возможно, применяются двигатели с короткозамкнутым ротором и подавляющее большинство на­ходящихся в эксплуатации асинхронных двигателей являются двигателями с короткозамкнутым ротором.

Наиболее простым способом пуска двигателя с короткозам­кнутым ротором является включение обмотки его статора непо­средственно в есть, па номинальное напряжение обмотки статора. Такой пуск называется прямым.

При этом пусковой ток двигателя I_п=(4—7,0)I_н.

Современные асинхронные двигатели с короткозамкнутым рото­ром проектируются с таким расчетом, чтобы они по величине возни­кающих при пуске электродинамических усилий, действующих на обмотки, и по условиям нагрева обмоток допускали прямой пуск. Поэтому прямой пуск всегда возможен, когда сеть достаточно мощна и пусковые токи двигателей не вызывают недопустимо больших падений напряжения в сети (не более 10—15%). Современные энергетические системы, сети и сетевые трансформаторные под­станции обычно имеют такие мощности, что в подавляющем большинстве случаев возможен прямой пуск асинхронных дви­гателей.

Нормальным способом пуска двигателей с короткозамкнутым ротором поэтому является прямой пуск.

Нередко таким образом осуществляется пуск двигателей мощ­ностью в тысячи киловатт.

Если по условиям падения напряжения в сети прямой пуск двигателя с короткозамкнутым ротором невозможен, применя­ются различные способы пуска двигателя при пониженном напря­жении. Однако при этом пропорционально квадрату напряжения на зажимах обмотки статора или квадрату пускового тока двигателя понижается также пусковой момент, что является недостатком пуска при пониженном напряжении.

Поэтому эти способы пуска применимы, когда возможен пуск двигателя на холостом ходу или под неполной нагрузкой. Необ­ходимость пуска при пониженном напряжении встречается чаще всего у мощных высоковольтных двигателей.