ПАСПОРТНЫЕ ДАННЫЕ ДВИГАТЕЛЯ. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Расчет и построение механической характеристики производят по каталожным данным двигателя.

В каталоге приводятся следующие данные: тип двигателя, P_ном, U_ном , I_ном , n_ном , η_ном , cos φ_ном ,М_max/М_ном = λ.

Для двигателя с короткозамкнутым ротором дополнительно даются отношение пускового момента к номинальному (М_п/М_ном) и отношение пускового тока к номинальному (I_п/I_ном); для двигателя с фазным ротором — напряжение между кольцами при неподвижном и разомкнутом роторе U_2k = E_2k и номинальный ток ротора I_2ном . Буквенные и цифровые обозначения типа двигателя позволяют, например, судить о назначении двигателя, его габаритной мощности, числе пар полюсов и т. д. Поскольку существует большое число типов двигателей и в каталогах даны пояснения, что означает каждая буква и цифра, останавливаться на этом в книге нет необходимости.

Номинальной мощностью Р_ном двигателя общего назначения длительного режима работы называется мощность, которую двигатель может длительно развивать на валу, нагреваясь при этом до допустимой температуры, обусловленной классом изоляции его обмоток. В двигателе возникают потери мощности, которые нагревают его. Вначале, когда двигатель имеет температуру окружающей среды, большая часть мощности потерь расходуется на повышение его температуры, а меньшая рассеивается в окружающую среду. С повышением температуры двигателя большая часть мощности потерь рассеивается в окружающую среду. По прошествии определенного времени наступает тепловое равновесие: вся мощность потерь, выделяющихся в двигателе, рассеивается в окружающую среду, и температура двигателя при заданной нагрузке остается неизменной. Повышение температуры двигателя выше допустимой вызывает ухудшение механической и электрической прочности изоляции. При этом изменяется структура изоляции и в конце концов происходит ее пробой и выход двигателя из строя. Можно ли нагружать двигатель мощностью больше номинальной? Можно кратковременно, если до этого двигатель работал с недогрузкой и его температура была ниже допустимой. Длительность и степень перегрузки в совокупности должны быть такими, чтобы в результате температура двигателя не превышала допустимую.

Рис. 10.19. График зависимости потока двигателя от намагничива- ющего тока (а); механическая характеристика двигателя с учетом пускового момента Мп, заданного в каталоге (б)

На паспорте двигателя обычно указываются два значения номинального напряжения, например, 380/220 В. Это означает, что данный двигатель рассчитан для работы с напряжением на фазе его обмотки 220 В. Для включения двигателя в сеть с линейным напряжением 380 В его обмотки соединяются звездой, а в сеть с линейным напряжением 220 В — треугольником. Соответственно указываются и два значения линейного номи­нального тока обмотки статора для соединения звездой и треугольником. Далее в каталоге приводятся номинальные значения частоты вращения, КПД η_ном , коэффициента мощности cos φ_ном , которыми обладает двигатель при номинальной нагрузке на его валу. При этом предполагается, что напряжение и частота соответствуют паспортным данным.

Следует отметить, что длительная работа двигателя при повышенном или пониженном напряжении недопустима, особенно при номинальной нагрузке на его валу. В том и другом случае ток в обмотках оказывается больше номинального, двигатель перегревается и выходит из строя. При повышении напряжения, как следует из выражения

U_1ф ≈ Е₁ = 4,44f₁w₁Фk₀₁,

в той же степени возрастает и магнитный поток. В результате, как видно из кривой намагничивания (рис. 10.19, а), значительно возрастают ток намагничивания I_р и, следовательно, ток обмотки статора.

При понижении напряжения магнитный поток уменьшается и, как видно из выражения

М = CФI₂ cos ψ₂,

возрастают выше номинального ток ротора I₂ и, следовательно, ток статора I₁, так как cos ψ₂изменяется незначительно.

Кроме того, при понижении напряжения существенно уменьшаются пусковой и максимальный моменты двигателя, так как они пропорциональны квадрату напряжения.

Работа двигателя допустима при колебании напряжения в сети не более ± 5%U_ном.

Влияние отклонения частоты сети от номинального значения на режим работы двигателя рассматривать не будем, так как ощутимых изменений частоты в мощных силовых системах промышленных районов не наблюдается.

Мощность, потребляемая двигателем из сети, при номинальной и любой другой нагрузке может быть определена по формуле

P₁ =P₂/η = √3UI cos φ.

Отношение М_к/М_ном характеризует перегрузочную способность двигателя.

Расчет механической характеристики двигателя обычно производят с помощью упрощенного уравнения механической характеристики (10.57), в котором М и s— координаты механической характеристики двигателя, М_max и s_кр — его параметры.

Значение М_max определяют по формуле

(10,58a)

a s_кр — по формуле (10.58).

Полученные значения М_max и s_кр подставляют в уравнение (10.57), задаются рядом значений s и подсчитывают соответствующий момент, а по формуле n = n₀(1 - s) — частоту вращения [см. (10.23)]. Необходимо обратить внимание на то, что расчетное значение момента М_п при s = 1, который называется начальным пусковым моментом асинхронного короткозамкнутого двигателя, обычно меньше действительного значения М'_п, указанного в каталоге, и механическая характеристика в зоне s ≈ 0,7 ÷ 0,9 имеет «провал», где М_min < М'_п (рис. 10.19, б). Причиной этого являются неточность расчетного уравнения и такие неучтенные явления, как, например, вытеснение тока ротора к поверхности проводника и влияние гармонических составляющих вращающегося магнитного поля двигателя. Практически расчетную механическую характеристику корректируют так, как изображено пунктирной линией на рис. 10.19, б.

Расчет и построение графика зависимости тока фазы обмотки ротора от скольжения I₂ = f(s) (рис. 10.19) для двигателя с контактными кольцами наиболее просто произвести, если воспользоваться выражением (10.41), из которого следует, что

(10.59)

В уравнение (10.59) подставляют значения s и М, полученные из расчета механической характеристики, и определяют I₂. Активное сопротивление фазы ротора r₂, входящее в это выражение, можно определить из (10.41), если вместо текущих значений М, s и I₂ подставить в него их номинальные значения и решить относительно r₂:

Однако на практике r₂ определяют чаще из выражения (10.29), в котором следует положить s =s_ном I₂ = I_2ном, а членом x₂s пренебречь ввиду его относительной малости по сравнению с r₂. С учетом сделанных замечаний расчетная формула приобретает вид

(10.59a)

Корень из трех появился в выражении (10.59а) вследствие того, что в каталоге дано линейное значение E_2к.

С помощью графика зависимости тока ротора I₂ от скольжения производят выбор сечения, материала и конструкции пусковых и регулировочных реостатов.

Расчет и построение графика зависимости тока статора I от скольжения довольно сложны; практически такой график редко используется, и поэтому методику его расчета мы опускаем.

№20. Типовые схемы пуска и реверсирования асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором

Реверсивный пуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Такая схема запуска приведена на рис. 2. Пуск двигателя начинается с включения рубильника (Q). При нажатии кнопки «вперед» (SB1) образуется цепь тока, катушки контактора (KM1). Замыкаются силовые контакты (KM) и шунтирующий блок-контакт, а контакт (KM1) в цепи контактора (KM2) размыкается. При нажатии кнопки «назад» (SB3) контактор (KM1) разомкнется и двигатель остановится. Контакт (KM1) в цепи катушки (KM2) замыкается, следовательно, образуется цепь включения контактора (KM2), который замыкает свои силовые контакты. Двигатель резко тормозит и по достижении скольжения равного единице (S=1) останавливается и ротор начинает вращаться в обратную сторону, то есть происходит реверс двигателя.

Размыкающие контакты (KM1, KM2), которые введены в цепь разноименных катушек контакторов, выполняют защиту от одновременного включения обоих контакторов, то есть осуществляют блокировку. Для зажиты двигателя от токов короткого замыкания установлены плавкие предохранители (FU), для защиты от перегрузок – тепловое реле (KK1, KK2).

Типовые схемы релейно-контакторного управления АД строятся по тем же принципам, что и ДПТ.

Двигатели этого типа малой и средней мощности обычно пускаются прямым подключением к сети без ограничения пусковых токов. В этих случаях они управляются с помощью магнитных пускателей, которые одновременно обеспечивают и некоторые виды их защиты.

Рисунок 1 - Схема управления короткозамкнутым АД с магнитным пускателем

Схема управления асинхронным двигателем с использованием магнитного пускателя (рис.1) включает в себя магнитный пускатель, состоящий из контактора КМ и трех встроенных в него тепловых реле защиты КК. Схема обеспечивает прямой (без ограничения тока и момента) пуск АД, отключение его от сети, а также защиту цепей управления от коротких замыканий (предохранители FU), а электродвигателя от коротких замыканий (автоматический выключатель QF) и перегрузки (тепловые реле КК). Для пуска АД замыкают выключатель QF и нажимают кнопку пуска SB1.Получает питание катушка магнитного пускателя КМ и силовыми контактами в цепи статора АД подключает его к источнику питания, а вспомогательным контактом шунтирует кнопку SB1. Происходит разбег АД по его естественной характеристике. Для отключения АД нажимается кнопка остановки SB2, контактор КМ теряет питание и отключает АД от сети.Начинается процесс торможения АД выбегом под действием момента нагрузки на его валу.

Реверсивная схема управления асинхронным двигателем. Основным элементом этой схемы является реверсивный магнитный пускатель, который включает в себя два линейных контактора КМ1 и КМ2 и тепловое реле КК (рисунок 2).

Рисунок 2 - Схема управления короткозамкнутым АД с

реверсивным магнитным пускателем

Схема обеспечивает прямой пуск и реверс АД, а также торможение противовключением при ручном (неавтоматическом) управлении.

В схеме предусмотрена защита от перегрузок АД (реле КК) и коротких замыканий в цепях статора (автоматический выключатель QF) и управления (предохранители FU).Кроме того, схема управления осуществляет нулевую защиту от исчезновения напряжения сети (контакторы КМ1 и КМ2).

Пуск двигателя в условных направлениях «Вперед» или «Назад» осуществляется нажатием соответственно кнопок SB1 или SB2. Это приводит к срабатыванию контактора КМ1 или КМ2 и подключению АД к сети (при включенном автоматическом выключателе QF).

Для реверса или торможения АД вначале нажимается кнопка SB3, что приводит к отключению включенного до сих пор контактора (например, КМ1), после чего нажимается кнопка SB2. Это приводит к включению контактора КМ2 и подаче на АД напряжения источника питания с другим порядком чередования фаз. Магнитное поле АД изменяет свое направление вращения и начинается процесс реверса, состоящий из двух этапов-торможения противовключением и разбега в противоположную сторону.

В случае необходимости только затормозить АД, должна быть нажата кнопка SB3, что приведет к отключению АД от сети и возвращению схемы в исходное положение.

Во избежание короткого замыкания в цепи статора, которое может возникнуть в результате одновременного ошибочного нажатия кнопок SB1 и SB2, в реверсивных магнитных пускателях иногда предусматривается специальная механическая блокировка.Она представляет собой рычажную систему, которая предотвращает втягивание одного контактора, если включен другой. В дополнение к механической блокировки в схеме используется типовая электрическая блокировка, применяемая в реверсивных схемах управления. Она предусматривает перекрестное включение размыкающих контактов аппарата КМ1 в цепи катушки аппарата КМ2 и наоборот.

Отметим, что повышению надежности и удобства в эксплуатации способствует использование в схеме воздушного автоматического выключателя QF. Его наличие исключает возможность работы привода при обрыве одной фазы, при однофазном коротком замыкании, как это имеет место при установке предохранителей, а также он не требует замены элементов (как в предохранителях при сгорании их плавкой вставки).

Схема управления многоскоростным асинхронным двигателем обеспечивает получение двух скоростей АД путем соединения секций обмотки статора в треугольник или двойную звезду.

Типовая схема управления асинхронным двигателем, обеспечивающая прямой пуск и динамическое торможение в функции времени.

Пуск двигателя осуществляется нажатием кнопки SB1 (рис. 3), после чего срабатывает линейный контактор КМ, подключающий двигатель к источнику питания.Одновременно с этим замыкание контакта КМ в цепи реле времени КТ вызовет его срабатывание и замыкание его контакта в цепи контактора торможения КМ1. Однако последний не срабатывает, так как перед этим разомкнулся в этой цепи размыкающий контакт КМ.

Рисунок 3 - Схема управления пуском и динамическим торможением короткозамкнутого АД

Для остановки АД нажимается кнопка SB2. Контактор КМ отключается, размыкая свои контакты в цепи статора АД и отключая тем самым его от сети переменного тока.Одновременно с этим замыкается контакт КМ в цепи аппарата КМ1 и размыкается контакт КМ в цепи реле КТ. Это приводит к включению контактора торможения КМ1, подаче в обмотки статора постоянного тока от выпрямителя ВД через резистор RT и переводу двигателя в режим динамического торможения. Реле времени КТ, потеряв питание, начинает отсчет выдержки времени. Через интервал времени, соответствующий времени останова АД, реле КТ размыкает свой контакт в цепи контактора КМ1, тот отключается, прекращая подачу постоянного тока в цепь статора. Схема возвращается в исходное положение.

Интенсивность динамического торможения регулируется резистором RT, с помощью которого устанавливается необходимый постоянный ток в статоре АД.

Для исключения возможности одновременного подключения статора к источникам переменного и постоянного тока в схеме использована типовая блокировка с помощью размыкающих контактов КМ и КМ1, включенных перекрестно в цепи катушек этих аппаратов

№21 Особенности конструкции и способы пуска трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором.

В фазы соединяют "звездой". Если же напряжение сети 220 В, то обмотки соединяют в "треугольник". В обоих случаях фазное напряжение двигателя равно 220 В.

Ротор трехфазного асинхронного двигателя представляет собой цилиндр, набранный из штампованных листов электротехнической стали и насаженный на вал. В зависимости от типа обмотки роторы трехфазных асинхронных двигателей делятся на короткозамкнутые и фазные.

а) б)

Рисунок 1,а – Схема включения асинхронного двигателя с фазным ротором, 1,б – внешний вид ротора.

Дата добавления: 2015-06-30; просмотров: 1144; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!