Аварийные режимы работы асинхронных двигателей - Авто Журнал
Aklaypart.ru

Авто Журнал
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Аварийные режимы работы асинхронных двигателей

Режимы работы электродвигателей

3. Повторно-кратковременный режим S3 — когда кратковременные периоды работы двигателя tр чередуются с периодами отключения двигателя (паузами) tп, причем за период работы tp превышение температуры не успевает достигнуть установившихся значений, а за время паузы части двигателя не успевают охладиться до температуры окружающей среды. Общее время работы двигателя в повторно-кратковременном режиме разделяется на периодически повторяющиеся циклы продолжительностью

При повторно-кратковременном режиме работы график нагревания двигателя имеет вид пилообразной кривой (рис. 2.11, г). При достижении двигателем установившегося значения температуры перегрева, соответствующего повторно-кратковременному режиму τуст.к, температура перегрева двигателя продолжает колебаться от τmin до τmax. При этом τуст.к меньше установившейся температуры перегрева, которая наступила бы, если режим работы двигателя был продолжительным (τуст.к τуст). Примерами повторно-кратковременного режима являются работа электроприводов лифтов, подъемных кранов, экскаваторов и других устройств, для которых характерна цикличность (чередование периодов работы с паузами). При этом продолжительность цикла tц = tр+tп не должна превышать 10 мин.

Повторно-кратковременный режим характеризуется относительной продолжительностью включения, %,

Действующим стандартом предусмотрены номинальные повторно-кратковременные режимы с ПВ 15, 25, 40 и 60 % (для продолжительного режима ПВ= 100 %). В условном обозначении повторно-кратковременного режима указывают величину ПВ, например, S3 — 40%.

При переводе двигателя из продолжительного режима (ПВ = 100%) в повторно-кратковременный режим мощность двигателя, по сравнению с его мощностью в продолжительном режиме, может быть увеличена: при ПВ = 60% на З0%, при ПВ = 40% на 60%, при ПВ = 25% — в 2 раза, при ПВ = 15 % — в 2,6 раза.

Рассмотренные три номинальных режима считаются основными. В каталогах на двигатели, предназначенные для работы в каком-либо из этих режимов, указаны номинальные данные, соответствующие режиму работы.

Помимо рассмотренных трех основных режимов, стандартом предусмотрены еще и дополнительные режимы:повторно-кратковременный режим S4 с частыми пусками, с числом включений в час 30, 60, 120 или 240;

повторно-кратковременный режим S5 с частыми пусками и электрическим торможением в конце каждого цикла;

перемежающийся режим S6 с частыми реверсами и электрическим торможением;

перемежающийся режим S7 с частыми пусками, реверсами и электрическим торможением;

перемежающийся режим S8 с двумя и более разными частотами вращения.

Причины пожаров и защита электроустановок

Оперативная обстановка с пожарами в Российской Федерации показывает, что каждый второй пожар происходил в результате неосторожного обращения с огнем (46,1%) ими причинено 25% материального ущерба от общих убытков в стране. Нарушение правил устройства и эксплуатации электрооборудования стало причиной каждого пятого пожара (19%), а доля причиненного им ущерба составила 21%. Анализ противопожарного состояния промышленных предприятий, объектов сельского хозяйства, зданий общественного назначения и жилых домов, показывает, что их безопасная эксплуатация во многом зависит от технического состояния электрооборудования, электроустановок и приборов.

Для возникновение пожара необходимо наличие трех одновременно действующих факторов: горючей среды (горючих материалов и окислителя), источника зажигания и путей распространения пожара.

Горючая среда (горючие материалы+окислитель, почти всегда присутствует кислород воздуха) имеется практически во всех помещениях, зданиях и сооружениях, это может быть (расшифровать):

— изоляционные материалы (бумага, резина, полиэтилен, полихлорвинил, трансформаторное масло, полистирол, хлопчатобумажные и шелковые ткани, капрон, битум, и тп.);

— расположенные вблизи горючие строительные конструкции, сырье, готовая продукция;

— вещества применяемые в технологических процессах (горючие газы, пары ЛВЖ, горючая пыль и тп.);

— состояние окружающей среды.

— джоулево тепло. Всегда при протекании электрического тока по проводнику в нем выделяется тепло

это тепло может совершать полезную работу (пример), но оно же может совершать и вредную работу;

— электрическая дуга. При размыкании мощных цепей образуется низкотемпературная плазма 2500-4000°, (чего достаточно для воспламенения любых горючих материалов). Полезное применение электрической дуги — сварка;

— электрические искры (пример с выключателем) их энергия мала для воспламенения твердых горючих материалов, однако паро- или газовоздушные смеси некоторых ЛВЖ и ГЖ могут воспламеняться от искр;

— электрические разряды (разряды статического и атмосферного электричества).

В современных зданиях и сооружениях электрические сети связывают между собой практически все помещения, участки, оборудование и часто именно по электрическим коммуникациям возможно развитие пожара.

Источниками зажигания электрического происхождения могут быть: нагрев отдельных элементов оборудования за счет джоулевского тепла, как при нормальных, так и при аварийных режимах работы, электрические искры и дуги.

В качестве нормальных режимов работы электроустановок можно привести пример различного рода электронагревательных устройств, электрические искры и дуги образующиеся при работе некоторых типов двигателей и даже обычных выключателей.

К аварийным режимам работы электроустановок относят:

— короткие замыкания (43 % пожаров);

— электрические перегрузки (12 % пожаров);

— большие переходные сопротивления (4,5 %);

— нагрев горючих веществ и материалов за счет неправильной эксплуатации электронагревательных приборов и электроустановок.

Для предупреждения пожаров от электротехнических причин необходимо исключить один из вышеперечисленных факторов. Но в большинстве случаев устранить сгораемую изоляцию, сгораемое сырье, готовую продукцию и тп. не представляется возможным. То же самое можно сказать и о кислороде воздуха. Поэтому, практически, чтобы не допустить возникновения пожара от электроустановок, необходимо не допустить появления источника зажигания или его контакта со сгораемыми материалами.

Достигнуть этого можно за счет:

— правильного выбора электрооборудования, т. е. его конструктивного соответствия характеру окружающей среды, технологии производства;

— правильного монтажа и эксплуатации;

— применения аппаратов защиты;

— проведения инженерных расчетов;

— соблюдении режимных мероприятий.

Обратимся к статистике и рассмотрим распределение относительного количества пожаров по причинам и видам электроустановок:

Основные причины возникновения пожаров в электроустановкахОтносительное количество пожаров,%
Короткие замыкания в электрических сетях, машинах, аппаратах43,3
Перегрев горючих материалов и предметов, находящихся вблизи оставленных без присмотра электронагревательных приборов32,2
Перегрузки проводов, кабелей, обмоток машин, аппаратов13,3
Образование больших переходных сопротивлений4,6
Искрение и электрическая дуга3,3
Вихревые токи3,3
Вид (назначение)электрооборудованияОтносительное количество пожаров,%
Электрические сети43,4
осветительные
Электронагревательные приборы26,2
силовые14,4
Прочие виды электрооборудования7,8
Электродвигатели7,1
Лампы накаливания и светильники4,6
Радиоприемники и телевизоры3,6
Пускорегулировачные аппараты3,6
Установочная арматура2,3
Силовые трансформаторы1,4

Режимы работы электродвигателей

Номинальные режимы работы электродвигателей устанавливается в соответствии с ГОСТ 183—74 * и имеют условные обозначения S1 — S8.

Продолжительный номинальный режим работы электродвигателя S1 характеризуется постоянной нагрузкой и такой продолжительностью работы двигателя, которая достаточна для достижения практически установившейся температуры всех его частей.

Кратковременный номинальный режим работы электродвигателя S2 характеризуется постоянной нагрузкой и такой продолжительностью работы двигателя, которая недостаточна для достижения практически установившейся температуры его частей, после чего следует отключение двигателя от сети, продолжительность которого достаточна для охлаждения двигателя до температуры охлаждающей среды. Длительность рабочего периода составляет 10, 30, 60, 90 мин.

Повторно-кратковременный номинальный режим работы электродвигателя S3 характеризуется последовательностью идентичных рабочих циклов, каждый из которых состоит из периодов работы при постоянной нагрузке и отключенного неподвижного состояния; длительность этих периодов недостаточна для достижения теплового равновесия за время одного рабочего цикла, а наличие пускового тока существенно не влияет на нагрев двигателя и его отдельных частей.

Определяются следующие значения относительной продолжительности включения (ПВ): 15, 25, 40 и 60%. Продолжительность одного цикла, если нет других указаний, принимается равной 10 мин.

Читать еще:  Что такое буровое винтовой забойный двигатель

Повторно-кратковременный номинальный режим режим работы электродвигателя с частыми пусками S4 характеризуется продолжительностью включения, числом пусков в час и коэффициентом инерции и состоит из последовательности идентичных рабочих циклов, включающих периоды пуска, работы при постоянной нагрузке и отключенного неподвижного состояния, причем длительность этих периодов недостаточна для достижения теплового равновесия за время рабочего цикла, а потери при пуске влияют на нагрев двигателя. Нормируются ПВ 15, 25, 40 и 60%, 30, 60, 120 и 240 включений в час и коэффициент инерции (отношение суммы момента инерции ротора двигателя и приведенного к валу двигателя момента инерции механизма к моменту инерции ротора двигателя), равный 1,2; 1,6; 2; 2,5; 4; 6,3; 10.

Повторно-кратковременный номинальный режим работы электродвигателя с частыми пусками и электрическим торможением S5 характеризуется продолжительностью включения, числом пусков в час и коэффициентом инерции и состоит из последовательности идентичных рабочих циклов, включающих периоды пуска, работы при постоянной нагрузке, быстрого электрического торможения и отключенного неподвижного состояния, причем длительность этих периодов недостаточна для достижения теплового равновесия за время одного цикла. Значения ПВ и числа включений в час те же, что и для режима S4, коэффициент инерции равен 1,2; 1,6; 2; 2,5 и 4.

Перемежающийся номинальный режим работы электродвигателя S6 характеризуется относительной продолжительностью нагрузки (ПН) и состоит из последовательности идентичных рабочих циклов, включающих периоды работы при постоянной нагрузке и на холостом ходу, причем длительность этих периодов недостаточна для достижения теплового равновесия за время одного рабочего цикла. Нормируется ПН 15, 25, 40 и 60%, длительность одного рабочего цикла принимается равной 10 мин.

Перемежающийся номинальный режим работы электродвигателя с частыми реверсами при электрическом торможении S7 характеризуется числом реверсов в час и коэффициентом инерции и состоит из последовательности идентичных рабочих циклов, включающих периоды пуска, работы при постоянной нагрузке и электрического торможения, причем длительность рабочего периода недостаточна для достижения теплового равновесия за время одного цикла. Нормируется 30, 60, 120 и 240 реверсов в час при коэффициентах инерции, соответствующих режиму S5.

Перемежающийся номинальный режим работы электродвигателя с двумя или более частотами вращения S8 характеризуется числом циклов в час, коэффициентом инерции с ПН на отдельных ступенях частоты вращения и состоит из последовательности идентичных рабочих циклов, включающих периоды ускорения, работы при постоянной нагрузке, соответствующей заданной частоте вращения, затем одного или нескольких периодов работы при других постоянных значениях нагрузки, соответствующих другим частотам вращения, причем длительность каждого рабочего периода недостаточна для достижения теплового равновесия за время одного рабочего цикла. Нормируется 30, 60, 120 и 240 циклов в час и коэффициент инерции равный 1,2; 1,6; 2; 2,5 и 4.

Выбор электродвигателя для продолжительного режима работы S1

Рассмотрим, как выбирается двигатель для работы в различных режимах нагрузки. Начнем с продолжительного режима работы S1. Поскольку в этом режиме длительность работы под нагрузкой существенно больше постоянной нагрева, то целесообразно выбирать двигатель, для которого этот режим является номинальным. Иными словами, должны выполняться условия

К этому же режиму относят циклическую нагрузку. В случае длительности цикла более 10 мин условия выбора определяются по (60).

Выбранный двигатель должен быть проверен по условиям пуска и перегрузочной способности:

где Мнг,п — момент сопротивления нагрузки при n=0.

Выбор двигателя для кратковременного режима работы S2

Для электроприводов, работающих в режиме S2, нецелесообразно выбирать асинхронный двигатели , предназначенные для работы в режиме S1, так как последние, как правило, обладают ограниченной перегрузочной способностью, в связи с чем в данном случае они недоиспользуются по нагреву.

При выборе двигателей, предназначенных для работы в режиме S2, приходится сталкиваться с тем, что время работы не совпадает со временем продолжительности кратковременной работы, определяемым стандартом,—10, 30, 60 и 90 мин. Кроме того, нагрузка привода в течение рабочего периода tр может ступенчато изменяться. В этих случаях рассчитываются эквивалентные величины, которые приводятся к стандартному значению продолжительности кратковременной работы tр.ст, ближайшему к реальному значению tp.

Эквивалентные моменты Мэк и мощность Рэк рассчитываются по формулам

(62)

Пример. Для графика нагрузки, приведенного на рис. 34,а, рассмотрим пример: M1=10 Н∙м, М2=15 Н∙м, t1 = 5 мин, t2=20 мин (tр= t1+t2=25 мин). Поэтому tр.ст=30 мин (выбираем стандартное время) и

Далее осуществляется проверка по формулам

где Мном, Рном — номинальные значения момента и мощности двигателя, соответствующие стандартной продолжительности работы (в примере 30 мин).

В частном случае, когда нагрузка в течение tр не изменяется,

Выбранный двигатель также должен быть проверен по условиям пуска и по перегрузочной способности по формулам (61).

Выбор электродвигателя для повторно-кратковременных режимов работы S3 — S8

Для электроприводов, работающих в этих режимах, целесообразно выбирать двигатели, предназначенные для работы в режиме S3. Последовательность расчета в этом случае следующая.

По нагрузочной диаграмме для времени цикла Тц≤10 мин определяются:

относительная продолжительность включения

где tpi — время работы при i-й нагрузке внутри рабочего цикла Тц (рис. 34,б);

приведенные к ближайшему стандартному значению ПВст, равному 15, 25, 40, 60%, эквивалентные значения момента и мощности

(64)

При выборе двигателя должны соблюдаться условия

где Мном, Рном — номинальные значения момента и мощности двигателя, соответствующие стандартному значению ПВ.

Выбранный двигатель должен также проверяться по условиям (61).

В ряде случаев при больших значениях (ПВ>70÷80%) возможен выбор двигателя, предназначенного для режима S1, для которого следует принять ПВ=100%, при этом выражения (64) преобразуются к виду

(66)

В случае идентичных циклов с постоянной нагрузкой внутри рабочего периода (рис. 34, в) формулы (66) сводятся к виду

Пример. Определить эквивалентную мощность для режима, приведенного на рис. 34,б. В соответствии с методикой сначала определяем продолжительность включения. Если задано tpi=2 мин, ftр2=3 мин, Тц=9 мин, находим: ПВ= (5/9) ∙100 %=55,6 %. Выбираем ближайшее ПВ1ст=60 %.

Затем по формуле (64) находим эквивалентное значение мощности, определив предварительно по графику Р1=10 кВт, Р2=5 кВт:

Расчет допустимой частоты включений

Асинхронные короткозамкнутые двигатели , рассчитанные на длительный режим работы, при работе в повторно-кратковременном режиме с большим числом включений в течение определенного времени имеют ограниченное допустимое число включений в час z, которое зависит от фактической нагрузки электродвигателя, от соотношения между временем работы tp (с) и паузы-остановки tх (с) (рис. 34,в), а также от потерь энергии в двигателе за время разбега ∆Аp (Дж) и торможения ∆Ат (Дж). Эти потери в переходные периоды, когда частота вращения машины меньше номинальной, значительно превышают потери энергии в двигателе при работе с постоянной частотой вращения. Кроме того, при неподвижном роторе в период паузы ухудшается теплоотдача двигателя, что учитывается при расчете введением некоторого коэффициента v. Этот коэффициент зависит от способа вентиляции двигателей и может быть принят следующим: для закрытого двигателя с независимым охлаждением (способ охлаждения IC46) 0,9—1, для закрытого двигателя с охлаждением от собственного вентилятора (IC0141) 0,45—0,55, для защищенного двигателя с самовентиляцией (IC01) 0,25—0,35.

Читать еще:  Infiniti fx45 тюнинг двигателя

Ограничение по частоте включений двигателя вводится для того, чтобы не допустить чрезмерный перегрев его. Значение z можно определить из следующего выражения, которое используется в основном для двигателей малой мощности до 10—15 кВт:

(67)

где ∆рном, ∆рс — потери мощности в электродвигателе при номинальной и фактической нагрузках, Вт; ПВ=(tp/tp+tх) ∙100 — продолжительность включения, %.

При работе асинхронного двигателя с номинальной нагрузкой допустимое число включений в час равно:

(68)

Допустимая частота включений во многом зависит от момента инерции ротора двигателя. С увеличением мощности двигателя возрастает его момент инерции и z уменьшается. Мощность двигателей механизмов с большими статическими моментами сопротивления выбирают больше номинальной мощности механизма для сокращения времени пуска.

На практике не рекомендуется использование асинхронных электродвигателей, предназначенных для работы в режиме S1, для частого пуска механизмов, имеющих приведенный момент инерции, значительно больший, чем момент инерции самого двигателя. Для этих двигателей при максимально допустимом статическом моменте сопротивления механизма разрешается не более двух пусков в час.

Двигатели, используемые в повторно-кратковременных режимах S3 — S8, имеют соответствующую отметку на табличке (см. рис. 33).

Рис. 34. Графики работы асинхронного двигателя: а — кратковременный режим; б — повторно-кратковременный режим с переменной мощностью; в — повторно-кратковременный режим с постоянной мощностью

Эксплуатация и обслуживание электродвигателей

  • ВКонтакте
  • Facebook
  • ok
  • Twitter
  • YouTube
  • Instagram
  • Яндекс.Дзен
  • TikTok

Персонал, занимающийся технической эксплуатацией и обслуживанием электродвигателей, должен руководствоваться требованиями раздела 5.2 Правил технической эксплуатации электрических станций и сетей РФ и руководством по эксплуатации конкретного электродвигателя.

Техническая эксплуатация электродвигателей

Соблюдение определенных правил обеспечивает надежную и безопасную эксплуатацию электродвигателей:

  • Отклонение напряжения и частоты питания электродвигателя должно оставаться в пределах 10%. Соблюдение этого условия позволяет эксплуатировать двигатель на номинальной мощности;
  • Необходимо контролировать надежную работу устройств пуска и защит;
  • Необходимо проводить регулярные осмотры двигателей, которые находятся в резерве. Проводить опробование систем автоматического включения резервного питания (АВР). Периодичность данных мероприятий регламентируется местными производственными инструкциями;
  • На электродвигателях и связанных с ними механизмах обязательно должно быть обозначено направление вращения. Обозначается стрелкой;
  • В заводских руководствах по эксплуатации двигателей указываются уровни концентрации пыли в воздухе и соответствующие им степени защиты корпуса;
  • Продуваемые двигатели (устанавливаются в местах с высокой концентрацией пыли в воздухе, а также во влажных помещениях) должны иметь систему подачи чистого воздуха. Герметичность трубопроводов системы продува проверяется как минимум 1 раз в год;
  • Электродвигатели, охлаждение которых производится контуром с водой и те, что оборудованы системой продува с жидкостным охлаждением воздуха, должны оборудоваться сигнализацией попадания жидкости в корпус;
  • Электродвигатели, с системой подачи смазки в подшипники, должны оборудоваться системой останова двигателя при прекращении подачи смазки или превышении допустимой температуры подшипника;
  • В случае перерыва в питании электродвигателей ответственного тепломеханического оборудования
  • должен быть обеспечен их запуск посредством повторного включения от основного источника напряжения. Или включение от резервирующего источника при помощи АВР. Максимальное время перерыва питания ≤2,5 секунд. Оборудование, считающееся ответственным, указывается в специальном перечне;
  • Если электродвигатель отключен срабатыванием основных защит, запрещается запускать его без проведения осмотра и измерений сопротивления изоляции. Когда электродвигатель входит в состав ответственного оборудования и не имеет резервного питания, допустимо повторное включение без измерения сопротивления изоляции. Если электродвигатель отключен срабатыванием резервных защит, запуск возможен только после обнаружения причин, приведших к их срабатыванию;
  • Необходимо контролировать и содержать в обозначенных пределах уровень вибраций в подшипниках;
  • Также электродвигатели подвергаются профилактическим испытаниям и измерениям. Периодичность и виды мероприятий определяется объемами и нормами испытаний.

Техническое обслуживание электродвигателей

Техническое обслуживание (далее ТО) имеет две разновидности – плановое и неплановое.

Плановое обслуживание подразумевает проведение с определенной периодичностью обязательных мероприятий по обслуживанию двигателя независимо от его состояния. Запрещено уменьшать объем и увеличивать периодичность мероприятий по ТО.

Мероприятия при плановом техническом обслуживании:

  • производится очистка поверхностей и различных полостей от загрязнений и мусора;
  • тщательный осмотр питающего кабеля на предмет повреждения изоляции, проверка и протяжка всех болтовых соединений, осмотр заземляющих проводников;
  • производится проверка и протяжка соединения двигателя с фундаментом;
  • проверяются все уплотнения;
  • производится проверка соединения вала двигателя и механизма, который он приводит в движение;
  • выполняется диагностика состояния подшипников;
  • измеряются рабочие токи, сопротивление изоляции обмоток относительно корпуса и между собой.

Записи о проведенных работах вносятся в журнал эксплуатации.

Неплановое ТО (текущий ремонт) производится при выявленных отклонениях от нормального режима работы электродвигателя, неисправностях, которые были обнаружены при плановом обслуживании, при аварийной остановке электродвигателя.

Режимы работы

Большинство электрических машин обладают обратимой функцией, не составляют исключения и синхронные агрегаты. Их также можно использовать в качестве электрического привода или в качестве генератора, вырабатывающего электроэнергию. Оба режима отличаются способом воздействия на электрическую машину – подачу напряжения на рабочие обмотки или приведение в движение ротора за счет механического усилия.

Генераторный режим

Для производства электроэнергии в сеть используются именно синхронные генераторы. В большинстве случаев для этой цели используются электрические машины с фазными обмотками на статоре, что существенно упрощает процесс съема мощности и дальнейшей передачи ее в сеть. Физически генерация происходит при воздействии электромагнитного поля обмотки возбуждения синхронного генератора с обмотками статора. Силовые линии поочередно пересекают фазные витки и наводят в них ЭДС взаимоиндукции, в результате чего на клеммных выводах возникает напряжение.

Частота получаемого напряжения напрямую зависит от скорости вращения вала и вычисляется по формуле:

f = (n*p)/60 ,

где n – скорость вращения вала, измеряемая в оборотах за минуту, p – количество пар полюсов.

Синхронный компенсатор

В виду физических особенностей синхронного электродвигателя при холостом ходе аппарата он потребляет из сети реактивную мощность, что позволяет существенно улучшить cosφ системы, практически приближая его к 1.На практике режим синхронного компенсатора используется как для улучшения коэффициента мощности, так и для стабилизации параметров напряжения сети.

Двигательный режим

В синхронной машине двигательный режим осуществляется при подаче рабочего трехфазного напряжения на обмотки якоря. После чего электромагнитное поле якоря начинает толкать магнитное поле ротора, и вал приходит во вращение. Однако на практике двигательный режим осуществляется не так просто, так как мощные агрегаты не могут самостоятельно набрать необходимый ресурс скорости. Поэтому во время запуска используют специальные методы и схемы подключения.

Режимы работы

Электродвигатель асинхронного типа универсальный механизм и по продолжительности работы имеет несколько режимов:

  • Продолжительный;
  • Кратковременный;
  • Периодический;
  • Повторно-кратковременный;
  • Особый.

Продолжительный режим — основной режим работы асинхронных устройств, который характеризуется постоянной работой электродвигателя без отключений с неизменной нагрузкой. Такой режим работы самый распространенный, используется на промышленных предприятиях повсеместно.

Кратковременный режим – работает до достижения постоянной нагрузки определенное время (от 10 до 90 минут), не успевая максимально разогреться. После этого отключается. Такой режим используют при подаче рабочих веществ (воду, нефть, газ) и прочих ситуациях.

Периодический режим – продолжительность работы имеет определенное значение и по завершении цикла работ отключается. Режим работы пуск-работа-остановка. При этом он может отключаться на время, за которое не успевает остыть до внешних температур и включаться заново.

Читать еще:  Hubsan x4 не работает двигатель

Повторно-кратковременный режим – двигатель не нагревается максимально, но и не успевает остыть до внешней температуры. Применяется в лифтах, эскалаторах и прочих устройствах.

Особый режим – продолжительность и период включения произвольный.

В электротехнике существует принцип обратимости электрических машин — это означает, что устройство может, как преобразовывать электрическую энергию в механическую, так и совершать обратные действия.

Асинхронные электродвигатели тоже соответствуют этому принципу и имеют двигательный и генераторный режим работы.

Двигательный режим – основной режим работы асинхронного электродвигателя. При подаче напряжения на обмотки возникает электромагнитный вращающий момент, увлекающий за собой ротор с валом и, таким образом, вал начинает вращаться, двигатель выходит на постоянную частоту вращения, совершая полезную работу.

Генераторный режим – основан на принципе возбуждения электрического тока в обмотках двигателя при вращении ротора. Если вращать ротор двигателя механическим способом, то на обмотках статора образуется электродвижущая сила, при наличии конденсатора в обмотках возникает емкостный ток. Если емкость конденсатора будет определенного значения, зависящего от характеристик двигателя, то произойдет самовозбуждение генератора и возникнет трехфазная система напряжений. Таким образом короткозамкнутый электродвигатель будет работать как генератор.

Аварийные режимы работы асинхронных двигателей

Электродвигатели

Каталог поставщиков

Документация

Преобразователи частоты

Каталог поставщиков

Документация

Режимы работы асинхронных электродвигателей

Подключим обмотку статора к сети трехфазного переменного тока. Внутри статора возникает магнитное поле, вращающееся со скоростью no. Магнитные линии поля будут пересекать обмотку неподвижного ротора и индуктировать в ней э. д. с. Е2s. Под действием э. д. с. Е2s в обмотке ротора будет протекать ток I2. Ток ротора, взаимодействуя с вращающимся магнитным полем, создает вращающий момент, под действием которого ротор начинает вращаться в сторону вращения поля со скоростью, меньшей скорости вращающегося поля. Если предположить, что ротор будет иметь такую же скорость вращения, как и магнитное поле, то токи в обмотке ротора исчезнут. С исчезновением токов в обмотке ротора прекратится взаимодействие их с магнитным полем и ротор станет вращаться медленнее вращающегося поля. При этом обмотка ротора вновь начнет пересекаться вращающимся полем и на ротор снова будет действовать вращающий момент. Следовательно, ротор при своем вращении всегда должен отставать от скорости вращения магнитного поля статора, т. е. вращаться с меньшей скоростью, почему эти двигатели и получили название асинхронных.

Если через no обозначить скорость вращения магнитного поля (синхронная скорость), а через n – скорость вращения ротора двигателя, то разность no — n будет называться скоростью скольжения. Отношение скорости скольжения к скорости вращающегося магнитного поля называется скольжением двигателя и обозначается буквой S.

откуда скорость вращения ротора двигателя

Если, например, магнитное поле делает 1500, а ротор 1450 об/мин, то скольжение

В момент пуска двигателя, когда скорость ротора n = 0, скольжение

при холостом ходе n ≈ no, поэтому скольжение

Скольжение асинхронного двигателя в зависимости от нагрузки меняется незначительно (1-6%). Чем больше мощность двигателя, тем меньше его скольжение.

Асинхронная машина, работая в режиме двигателя, изменяет скорость вращения от n = 0 (момент пуска) до n ≈ no (холостой ход) и соответственно скольжение от S = 1 до S ≈ 0.

Скольжение S характеризует скорость пересечения обмоток ротора вращающимся магнитным полем. Поэтому с изменением скорости вращения двигателя изменяется скольжение S и соответственно изменяется частота электродвижущей силы и токов в роторе, что видно из уравнения:

При пуске двигателя S = 1; f2 = f1,

при холостом ходе S ≈ 0, f2 ≈ 0.

Например, если f1 = 50 Гц, то при пуске f2 = 50 Гц. При скольжении S = 2% частота тока в роторе

Наибольшее значение э. д. с. Е2 в обмотке ротора асинхронного двигателя возникает в момент пуска, когда ротор неподвижен (n = 0, S = 1) и магнитный поток пересекает обмотку ротора с максимальной скоростью. Поэтому величина тока ротора, а следовательно, и тока статора в этот момент будет также наибольшей.

Особенно велик пусковой ток у асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором из-за отсутствия токоограничивающих сопротивлений в его цепи. Пусковой ток у этих двигателей может превышать номинальное значение тока в 5-7 раз:

В этом заключается основной недостаток асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.

У асинхронных двигателей с фазным ротором удается при помощи пускового реостата значительно уменьшить пусковой ток. У этих двигателей пусковой ток только в 2-2,5 раза больше номинального тока:

Электромагнитные процессы, происходящие в асинхронном двигателе, во многом подобны процессам, происходящим в трансформаторе.

Двигатель, как и трансформатор, имеет две обмотки, между которыми существует магнитная связь. Роль первичной обмотки трансформатора выполняет в двигателе обмотка статора, роль вторичной – обмотка ротора.

При работе асинхронного двигателя по обмоткам статора W1 и ротора W2 протекают соответственно токи I1 и I2, которые создают две намагничивающие силы W1I1 и W2I2. Совместным действием этих намагничивающих сил в машине создается результирующий магнитный поток Ф. Как и в трансформаторе, напряжение на зажимах обмотки статора U1 уравновешивается почти полностью э. д. с. Е1, индуктированной в этой обмотке вращающимся магнитным полем. Величина результирующего магнитного потока Ф определяется величиной напряжения U1 и почти не зависит от величины нагрузки.

Взаимное отношение токов статора и ротора в асинхронных двигателях аналогично соотношению первичного и вторичного токов в трансформаторе. Ток статора является намагничивающим, а ток ротора, согласно правилу Ленца, является размагничивающим.

При работе электродвигателя без нагрузки (холостой ход) скольжение S очень мало. С увеличением нагрузки на валу двигателя скорость вращения ротора уменьшается, а скольжение S увеличивается. В связи с этим возрастает скорость пересечения витков обмотки ротора вращающимся магнитным полем, а следовательно, увеличиваются индуктированная в роторе э. д. с. Е2 и ток I2. Так как результирующий магнитный поток Ф должен оставаться при этом неизменным, то возрастание размагничивающего тока I2 вызывает соответственно увеличение тока I1, потребляемого обмоткой статора из питающей сети. По амперметру, включенному в цепь статора, можно, таким образом, судить о нагрузке двигателя.

Разница между асинхронным двигателем и трансформатором заключается, во-первых, в конструкции магнитной цепи. У двигателя цепи (первичная и вторичная) разделены воздушным промежутком, чего не бывает у трансформаторов обычной конструкции. При работе двигателя ротор вместе с его обмоткой вращается.

Во-вторых, в асинхронном двигателе электрическая энергия, потребляемая из сети, за вычетом потерь в двигателе, преобразуется в механическую энергию, используемую для приведения во вращение машины, станка или механизма, соединенного с валом двигателя. В электрическом двигателе потери складываются из электрических (в обмотках), магнитных (в стали магнитопровода) и механических (трение в подшипниках и трение вращающегося ротора о воздух). Эти потери вызывают нагревание обмоток и других частей машины.

Номинальная мощность электрического двигателя, так же как и трансформатора, определяется предельно допустимой температурой нагрева изоляции обмоток, т.е. главным образом предельно допустимым длительным номинальным током. В паспорте электрического двигателя указывается его номинальная мощность Pн (кВт), т.е. механическая мощность на валу двигателя, которая может длительно отдаваться приводимой рабочей машине без перегрева обмоток двигателя. КПД асинхронных двигателей при номинальной нагрузке находится в пределах 85-95% (верхний предел относится к двигателям большей мощности).

Источник: Кузнецов М. И. Основы электротехники. Учебное пособие. Изд. 10-е, перераб. «Высшая школа», 1970.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector