Аналіз одержаних результатів. Висновки і рекомендації

6.1. Аналізуючи одержані результати зверніть увагу на наступне:

6.1.1 Суттєвою особливістю асинхронних машин є відсутність електричного зв’язку між обмоткою ротора і джерелом електричної енергії, який є в машинах постійного струму і синхронних машинах. Струм в обмотці ротора АД виникає виключно за рахунок індуктивного (трансформаторного) зв’язку цієї обмотки з обмоткою статора. Тому асинхронні машини інколи називають індукційними.

6.1.2. Пуск АД пов’язаний з вирішенням двох основних проблем – це відносно великий пусковий струм, тривала дія якого може нанести шкоду як двигуну так і мережі живлення, і відносно малий пусковий момент, якого буває недостатньо для приведення у рух робочої машини. Найпростішим вирішенням цих проблем є пуск двигуна без навантаження, тобто у режимі холостого ходу, але таке не завжди можна здійснювати в силу, наприклад, виробничих умов.

Щоб знизити пусковий струм електродвигунів середньої та великої потужності, застосовують такі методи пуску:

1. Зниження підведеної до двигуна напруги шляхом тимчасового ввімкнення опорів у коло АД. Це найбільш поширений спосіб зменшення пускових струмів АД. Але у разі застосування для пуску двигуна активних опорів мають місце суттєві втрати енергії, а використання реакторів негативно впливає на cosj мережі. Крім цього, при вилученні із кола пускових опорів напруга на статорних обмотках двигуна стрибкоподібно збільшується до U _1н. Це призводить до швидкого збільшення обертального моменту і, відповідно, частоти обертання ротору, що не завжди припустимо для робочої машини.

2. Тимчасове зниження напруги з допомогою регулюючого трифазного автотрансформатора. Застосовують так званий автотрансформаторний пуск двигуна. Тут у коло статорних обмоток вмикають трифазний автотрансформатор, або будь-який інший пристрій, який дозволяє регулювати напругу в діапазоні від 0 до U _1н. Після збільшення напруги до U _1н, тобто розгону ротору до робочої частоти обертання, автотрансформатор відключають. Із закону Ома випливає, що при зменшенні напругу живлення від U_1н до певного значення U₁, струм у статорних обмотках зменшиться пропорційно до їх повного опору. Але, оскільки обертовий момент АД є пропорційним квадрату напруги живлення, це неодмінно призведе до зменшення пускового М_п, номінального М_н та максимального М_max моментів. Отже, навіть застосовуючи заходи щодо зменшення I₁, пуск АД доцільніше здійснювати у режимі холостого ходу.

3. У двигунів, які працюють при з’єднанні статорних обмоток у трикутник, пусковий струм зменшують шляхом зміни схеми з’єднання цих обмоток. Перед включенням живлення обмотки двигуна з’єднують у зірку. Оскільки при цьому напруга на фазу подається в раз менша за номінальну, то пусковий струм зменшується майже у 3 рази. Після розгону ротора статорні обмотки переключають на схему трикутник, що призводить до збільшення напруги живлення двигуна до U _1н. Враховуючи, що при такому способі пуску пусковий момент двигуна зменшується майже утричі, то його застосовують тільки там, де двигун запускають у режимі наближеному до холостого ходу, наприклад для привода вентилятора.

Зауважимо, що при пуску АД з КЗР потужністю до 5 кВт заходи щодо зменшення I_п, як правило, не вживають, а здійснюють так званий прямий пуск двигуна.

Якщо пусковий момент АД з КЗР малий і є недостатнім для приводу у рух робочої машини, то збільшити його неможливо. У таких випадках для приводу робочої машини потрібен інший двигун - або двигун більшої потужності, який, відповідно, має більший М _п, або спеціальний двигун з підвищеним пусковим моментом.

6.1.3. Гальмування асинхронного двигуна - на практиці застосовують для швидкої його зупинки. Тут же відмітимо, що принципово, режими гальмування можуть бути використані для обмеження чи зменшення частоти обертання ротора двигуна.

На підприємствах харчової і переробної промисловості для зупинки ротора асинхронних двигунів застосовують механічне, генераторне, динамічне гальмування, а також гальмування противвімкненням.

Механічне є простішим і найбільш поширеним способом гальмування електричних двигунів. За цим способом, після відключення живлення статорних обмоток двигуна, до деякої обертової частини приводу або робочої машини притискають, наприклад, спеціальні гальмуючі колодки.

При генераторному гальмуванні АД відключають від джерела живлення і до затискачів статорних обмоток підключають за спеціальною схемою батарею конденсаторів і активне навантаження. Завдяки випереджаючому ємнісному струму при цьому відбувається додаткове намагнічування машини і вона переходить у генераторний режим. Величина гальмуючого моменту на валу машини, а отже швидкість зменшення частоти обертання ротора будуть тим більшими, чим більш а величина електричного навантаження, що ввімкнено до статорних обмоток.

Динамічне гальмування ротора, який обертається по інерції, виникає після відключення двигуна від трифазної мережі живлення і підключення однієї або двох його статорних обмоток до джерела постійного струму. В якості джерела постійного стуму при цьому звичайно використовують випрямляч чи симетричну трифазну батарею конденсаторів. Для задовільного гальмування величина постійного струму повинна бути в 3-5 разів більшою за струм холостого ходу двигуна.

Гальмування противвімкненням використовують винятково для миттєвої зупинки двигуна. Порядок дій при цьому наступний. Статорні обмотки двигуна відключають від джерела трифазної напруги, потім підключають при іншому порядку чергування фаз і знову відключають. При підключенні двигуна до джерела з порядком черги фаз відмінним від початкового виникає магнітне поле статора, яке намагається обертати ротор у напрямку протилежному дії моменту інерції, тобто фактично здійснюється реверсування рухомого ротора. Зрозуміло, що перед тим як почати обертатися у інший бік, ротор вимушений зупинитися, в цей момент і здійснюють остаточне відключення статорних обмоток від джерела.

6.2. Аналізуючи робочі характеристики зверніть увагу:

6.2.1. Залежність n₂= f(Р₂) - це швидкісна характеристика. Оскільки частота обертання ротора залежить від його ковзання (див. форм.13.35), а ковзання з (13.25) -

, (13.43)

то бачимо, що ковзання двигуна, а, відповідно, його частота обертання визначаються відношенням електричних втрат у роторі до електромагнітної потужності Р_ем. У режимі холостого ходу, нехтуючи електричними втратами у роторі, можна прийняти Р_м2 = 0, і тому s₀ = 0 і n₂₀ » n₁. Зі зростанням навантаження на валу двигуна відношення (13.43) зростає, досягаючи значень 0, 01 - 0, 08 при номінальному навантаженні. У відповідності до цього залежність n₂= f(Р₂) являє собою криву, що слабо нахилена до осі абсцис. Але очевидно, що при збільшенні активного опору ротора, кут нахилу цієї кривої буде зростати. У такому разі, внаслідок зростання електричних втрат у роторі, при коливаннях навантаження Р₂ зміни n₂ зростають.

6.2.2. Із формули (13.41) бачимо, що якщо n₂= const, то залежність М₂ = f(Р₂) являє собою пряму лінію. Але в асинхронному двигуні при збільшені навантаження Р₂ частота обертання ротора зменшується, при цьому корисний момент на валу двигуна М₂ зростає трохи швидше навантаження і тому, відповідно, графік М₂ = f(Р₂) має вид кривої.

6.2.3. У зв’язку з тим, що струм статора І₁ завжди має певну реактивну індуктивну складову, необхідну для утворення магнітного поля у статорі, то коефіцієнт потужності асинхронного двигуна завжди менший одиниці. Як бачимо із залежності cos j = f(Р₂), найменше значення cos j відповідає режиму холостого ходу. Це пояснюється тим, що струм холостого ходу І₀ при любому навантаженні залишається практично незмінним. Тому при малих навантаженнях двигуна струм статора невеликий (І₁ »І₀) і у більшій частині є реактивним. Тому кут зсуву фаз між струмом І₁ та напругою U₁ виходить значним (j₁» j₀), дещо трохи менше 90° (рис.13.16). Тому у режимі холостого ходу звичайно cos j £ 0, 2.

При збільшенні навантаження на валу двигуна зростає активна складова струму І₁ і, відповідно, cos j зростає, досягаючи максимального значення (0, 8 – 0, 9) при навантаженні біля номінального. Подальше збільшення навантаження супроводжується зменшенням cos j. Це пояснюється зростанням індуктивного опору ротора за рахунок збільшення ковзання (х₂× s), а, відповідно і частоти f₂ струму в роторі.

6.3. Запишіть висновки та рекомендації.

Запитання для самоперевірки та тестового контролю

1. Які особливості будови трифазних асинхронних двигунів?

2. У чому полягає принцип дії АД?

3. За якими схемами з’єднують статорні обмотки трифазного асинхронного двигуна?

4. Які фізичні процеси відбуваються у нерухомому (загальмованому) роторі?

5. Що називають ковзанням ротора асинхронного двигуна?

6. Як змінюється ковзання при зміні навантаження АД?

7. Від чого залежать фізичні процеси у рухомому роторі?

8. Чому двигун називають асинхронним?

9. Що називають обертальним моментом трифазного асинхронного двигуна?

10. Від чого залежить величина обертального моменту?

11. Що таке зазор АД і як його величина впливає на роботу двигуна?

12. Яке навантаження (за природою) для мережі утворюють АД?

13. Що називають коефіцієнтом потужності АД і від чого він залежить?

14. На що втрачається потужність, що підводиться до АД від мережі живлення?

15. Що називають коефіцієнтом корисної дії двигуна і від чого він залежить?

16. Які параметри роботи асинхронного двигуна є номінальними?

17. Що називається максимальним або критичним моментом двигуна?

18. На які режими (етапи) поділяють цикл роботи двигуна?

19. Як здійснюють пуск трифазних асинхронних двигунів?

20. Чому необхідно і яким чином можна обмежити пусковий струм АД з КРЗ?

21. Що називають реверсуванням АД і як його здійснюють на практиці?

22. Як здійснюють гальмування асинхронного двигуна?

23. Яким чином визначають на практиці ковзання ротора?

24. У чому суть стробоскопічного методу стосовно АД?

25. Що називають і як розраховують на практиці механічну характеристику АД?

26. Яке призначення та в чому полягає принцип дії основних апаратів керування роботою АД (магнітного пускача, теплового реле тощо)?

27. Як захищають асинхронний двигун від струмів короткого замикання?

Література: I, с. 334-365; 2, с. 257-289; 10, с.100-101, с.137-175.

Лабораторна робота 14