И синхронных двигателей

Асинхронные двигатели

Наиболее распространенными потребителями электрической энергии в промышленности являются асинхронные двигатели (АД), большая часть ко­торых выполняется с короткозамкнутым ротором, благодаря ряду преиму­ществ по сравнению с двигателями других типов. Они легче, дешевле, проще в изготовлении и эксплуатации, имеют высокий коэффициент мощности. От­сутствие контактных колец и щеточного аппарата делает эти двигатели наи­более надежными и долговечными.

Асинхронный двигатель ввиду полной симметрии ротора может быть пред­ставлен единой схемой замещения (рис. 11.1), на которой: /?,, Х_а] — активное сопротивление и индуктивное сопротивление рассеяния статорной обмотки; R₂, Х_а2 — то же ротора; Х_{х 2} — индуктивное сопротивление взаимоиндукции между обмотками статора и ротора; s — скольжение ротора

s = (со_с - со)/со_с, (11.1)

где со и со_с — частоты вращения ротора и поля статора АД.

Рис. 11.1.Схема подключения (а) (^\ м = М и схема замещения (б) АД v-^ ' * а

Подключенный к системе электроснабжения (рис. 11.1) АД характеризует­ся следующими основными параметрами режима: активная Р и реактивная Q мощности, потребляемые из сети; ток статорной обмотки /,; электромагнит-

Глава 11. Пуск и самозапуск электрических двигателей

ный момент на валу М_э, равный в установившемся режиме моменту сопротив­ления механизма М_мех.

Параметры схемы замещения и режима принято представлять в относи­тельных единицах. За базисные единицы принимают номинальную полную мощность 5_Н0М, номинальное напряжение U_H0U, номинальный ток статорной обмотки

1ном ном ' ном'

(11.2)

Электромагнитный момент выражают в долях номинального момента Л/_ном. Основные параметры режима АД могут быть представлены через парамет­ры схемы замещения, скольжение и напряжение на выводах по соотношениям:

P=U²Re

Z(s)

; (п.З) Q = u²i_m

l

Z(s)

; (П.4) h = U

l

Z{s)

(11.5)

где Z(s) — сопряженное входное комплексное сопротивление; Z(s) — входное комплексное сопротивление АД при скольжении ротора 5. В соответствии со схемой замещения

Z(s)=R_l + jX_gl +

[jx_l2 Ш_+М))

(п.6)

Зависимости основных параметров режима АД от скольжения при номи­нальном напряжении называются пусковыми характеристиками.

На величину входного сопротивления Z(s) существенно влияет изменение сопротивлений R₂ и Х_а2 обмотки ротора, вызванное эффектом вытеснения то­ка, степень которого определяется частотой наводимых в обмотке токов, т. е. скольжением s.

Эффект вытеснения тока в обмотках ротора приводит к уменьшению ак-

ЛгЮ

Х2„-Ю

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 s

Рис. 11.2. Зависимость параметров обмотки ро­тора АД (А-13-62-10) от скольжения

11.1. Общая характеристика асинхронных и синхронных двигателей

Junu n m< пл< п тс

п < Л

Рис. 11.3. Пусковые характе­ристики АТД-5000 (/, — ток ста­тора; М — электромагнитный момент; s_a — ось скольжения)

тивного сопротивления R₂ и увеличению индуктивного сопротивления рассе­яния Х_а1 (рис. 11.2) в процессе разгона АД, что проявляется в возрастании ве­личины тока статора в начальный период пуска (s = 1) за счет реактивной со­ставляющей и уменьшении электромагнитного момента (рис. 11.3).

Для асинхронного двигателя характерны следующие каталожные данные: номинальная мощность на валу Р_нои, кВт; номинальное межфазное напряже­ние обмотки статора £/_ном, кВ; номинальный КПД Т)_ном; номинальный коэф­фициент мощности cos ф_ном; скольжение в номинальном режиме s_H0M; крат­ность пускового тока I*-I„/I_iHOM', кратности пускового М* = Л/_п/Л/_ном и максимального М*_ах = М_та/М_нои электромагнитных моментов.

Синхронные двигатели

Применение синхронных двигателей (СД) в промышленности обусловлено следующими их функциональными особенностями: они могут быть приводом для механизмов с синхронной частотой вращения в нормальных установив­шихся режимах и служить управляемым источником реактивной мощности в результате регулирования тока в обмотке возбуждения (ОВ).

Из-за несимметрии ротора (обмотка возбуждения располагается только по продольной оси) схемы замещения СД по продольной d (рис. 11.4, б) и попе­речной q (рис. 11.4, в) осям различаются.

Параметры схемы замещения: Л_ст, R_f, R_u, R_lg — соответственно активные сопротивления статорной обмотки, обмотки возбуждения и демпферных об­моток по продольной и поперечной осям ротора; X_id и X — сопротивления взаимоиндукции между статорными и роторными обмотками по осям d и q; ^о' ^ар X_ai<i> X_a\_q ^— индуктивные сопротивления рассеяния статорной обмот­ки, обмотки возбуждения и демпферных обмоток по осям d и q.

Эквивалентное активное сопротивление R_f3 обмотки возбуждения опреде­ляется ее режимом:

— при пуске у невозбужденного СД, когда ОВ замкнута на дополнитель­ное пусковое сопротивление R_n (рис. 11.4, а),

R„ = R_f+K_n;

(11.7)

Глава 11. Пуск и самозапуск электрических двигателей

г *<>0 Рис. 11.4. Схема подключения

? (а) и схемы замещения СД по

о------------------------ 1------- 1 продольной (б) и поперечной (в)

в осям

— у возбужденного СД, когда ОВ замкнута на возбудитель,

R_f3 = R_r (П.8)

Схема подключения СД приведена на рис. 11.4, а. Основные параметры режима: активная Р и реактивная Q мощности, потребляемые СД из сети; ток статорной обмотки /; электромагнитный момент на валу СД М₃, равный в ус­тановившемся режиме моменту сопротивления механизма Л/_мех; частота вра­щения ротора СД со (для переходных режимов); синхронная частота враще­ния ротора со_с; угол 8, характеризующий положение ротора СД относительно вектора ЭДС (рис. 11.5) электрической системы Е_с.

Параметры схемы замещения и режима СД удобно выражать в относитель­ных единицах, когда за независимые базисные единицы приняты: S₆ = S_H0M — полная номинальная мощность СД; U₆ — U_mu — номинальное междуфазное напряжение. Исключение составляет электромагнитный момент, который це­лесообразно выразить в долях номинального момента двигателя.

Параметры режима возбужденного СД содержат синхронные и асинхронные со­ставляющие. Например, активную и реак­тивную мощности СД в соответствии с принципом наложения можно представить в виде

P=P_t + P_e, Q=Q_a+Q_Q- (П-9)

Асинхронные составляющие мощности обусловлены асинхронными свойствами об-

Рис. 11.5. Векторная диаграмма напряжений и ЭДС СД

//./. Общая характеристика асинхронных и синхронных двигателей

моток ротора СД и в соответствии со схемами замещения (см. рис. 11.4) равны:

1 1 • + -

л-£*

1 1

■ + -

2М ZAs)

; Q,-\im

Z_dW ZAs)

(11.10)

ток в обмотке статора в асинхронном режиме

/_tf	1 1
^h~ 2	Zd{s) Zq(s)	J
асинхронный электромагнитный момент
м =^s	ном (р f2R	}

(11.11)

(11.12)

где Z_d(s)(Z_d(s)) и Z_q(Z_q(s)) — эквивалентные комплексные (сопряженные) со­противления по осям d и q в асинхронном режиме при скольжении s, опреде­ляемые по соотношениям

\-i

R

JX«^Rf

Z_d(s)=R_CT+jX₀ +

(11.13)

Z_q(s)=R_cr+jX_a +

Д., ^Л>«

+ У*

al«

Зависимости от скольжения P_a(s), QJ,s), I_a(s), M₃(s) при номинальном на­пряжении на выводах двигателя называются пусковыми характеристиками СД и по характеру соответствуют пусковым характеристикам АД.

Синхронные составляющие режима обусловлены током в обмотке возбуж­дения, т. е. током от возбудительного устройства. Без учета активного сопро­тивления статорной обмотки синхронные составляющие активной и реактив­ной мощностей равны

E_qU. „U²X, —£— sin tf+

2 X_dX_q

sin 20;

(11.14)

Q_c =—-— cos9--

2 X_dX_q

-cos29,

где E_q — синхронная ЭДС, определяемая типом и режимом возбудительного устройства; 9 — угол между векторами напряжения U на выводах двигателя и

Глава 11. Пуск и самозапуск электрических двигателей

Е (рис. 11.5); X_d и Х_д — синхронные индуктивные сопротивления по продоль­ной и поперечной осям ротора

X_d = X_a + X_ad; X,=X_g + X,_q. (11.15)

Синхронная составляющая электромагнитного момента СД

M_c = P_cP_HOJS_Kou. (11.16)

В каталогах СД задаются: номинальные Р_ном, U_H0M, г|_ном, cos ф_ном, а также М_п — пусковой (при s = 1) и М_в - входной (при s = 0,05) асинхронные электро­магнитные моменты; М_тт — максимальный синхронный момент; /_п — пуско­вой ток СД; U_fHOU и I_fHOU — номинальные напряжение и ток обмотки возбуж­дения.

По конструктивному исполнению синхронные двигатели подразделяют на две группы: неявнополюсные и явнополюсные.

К неявнополюсным СД относятся двигатели с массивным ротором (СДМР) серий СТД, СТМ, ТДС с номинальной частотой вращения и_ном = = 3000 об/мин. СДМР получили широкое распространение, в частности, в ка­честве приводов магистральных насосов и газовых компрессоров. В отличие от явнополюсных СД, имеющих сосредоточенную демпферную обмотку, у СДМР ротор представляет единую стальную поковку с выфрезерованными пазами для обмотки возбуждения и система демпферных контуров распреде­лена по всей бочке ротора, что способствует улучшению пусковых характери­стик. Пуск СДМР осуществляется в основном от полного (иногда понижен­ного) напряжения при короткозамкнутой обмотке возбуждения.

Синхронные двигатели с шихтованными полюсами (СДШП) — наиболее распространенный тип явнополюсных СД с частотой вращения ротора я_ном < 1000 об/мин. К ним относятся двигатели серий СД, СДН, СДВ, СДК и ряд других, используемых в качестве приводов промышленных механизмов (насосы, компрессоры, вентиляторы, мельницы, мешалки и т. п.). Пуск СДШП, как правило, осуществляется от полного напряжения сети при обмот­ке возбуждения замкнутой на пусковое сопротивление (см. рис. 11.4, а).

Дата добавления: 2015-07-17