Пуск асинхронного двигуна з фазним ротором

Рис. 4.27

Для особливо тяжких умов пуску в електроприводах малої й середньої потужності застосовуються асинхронні двигуни з фазним ротором. У цих двигунах завдання зниження пускових струмів і підвищення пускового моменту вирішується шляхом уведення в ланцюг ротора пускового реостата (мал. 4.27, а). Двигун пускається з повністю введеним пусковим реостатом. При цьому пусковий момент , а пусковий струм . Після досягнення ковзання замикається контактор і частина опору пускового реостата закорочується. Двигун переходить на характеристику 2 (мал. 4.27, б). Розгін триває знову з підвищеним моментом. При закорочується другий щабель пускового реостата, і двигун працює на характеристиці 3. Після закорочування останньому щабля пускового реостата двигун переходить на природню характеристику 4. Пускові характеристики асинхронного двигуна при реостатному пуску найбільш сприятливі, тому що високі значення моментів досягаються при невисоких значеннях пускових струмів. Однак двигуни з фазним ротором дорожче двигунів з короткозамкненим ротором і вимагають додаткової пуско- регулювальної апаратури.

1. Розрахунок і побудова моментних і механічних характеристик за каталожними даними.

Для АД, як й інших двигунів, до найважливіших відноситься механічна характеристика – залежність частоти обертання ротора від обертального моменту на валу: n (M). Ця характеристика виявляє основні потенційні можливості двигунів: поєднання силових та швидкісних параметрів.

Пряме теоретичне визначення залежності n (M) в АД вельми складне, тому спочатку розглядається залежність Mem (s), вимушено оперуючи з електромагнітним моментом Mem замість M (А.4).

Залежність Mem (s) теж називають механічною характеристикою, хоча більш доречна назва – внутрішня механічна характеристика, бо ковзання s – чисто внутрішня величина АД, та й властива тільки йому, тоді як залежність n (M), як поняття, властива усім обертовим двигунам і механізмам.

Типова залежність Mem (s) для АД дана на рис.А.8 і має відомий вираз:

Тут можливо оперування з кутовою швидкістю обертання магнітного поля статора (рад/с):

або з кутовою частотою напруги і струму статора (с-1): w s = 2p f s.

Вираз (А.26) отриманий на підставі схеми заміщення АД, перетворення якої з Т- подібної у Г-подібну враховано декілька спрощеним коефіцієнтом:

де Rm, Xm – опори намагнічувальної вітки схеми заміщення двигуна.

Рис. А.8 – Типова механічна характеристика АД (внутрішня)

На рис.А.8, як і на рис.А.6, позначені точки: «nom» – номінальний і «start» – пусковий режими. Першій відповідають номінальні ковзання snom і обертальний момент MN; другій – ковзання s = 1 і початковий пусковий момент M 1. Позначена також точка неробочого ходу ідеального «oc іd»:

s = 0; Mem = 0 (для реального неробочого ходу «oc»: s = so; M = 0).

Для механічної характеристики визначальною є критична точка «cr», якій відповідають максимальний момент:

і критичне ковзання:

Рис. А.9 – Типова механічна характеристика АД

Для двигунного діапазону (s = 0...1) за формулою (А.6) можна визначити значення n в долях від ns. На цій основі на рис.А.8 поєднаємо зі шкалою s = 0 ... 1 шкалу n = ns... 0. Зокрема, за (А.6) точці «nom» буде відповідати номінальна частота обертання ротора: nN = ns (1- snom).

Залишається розташувати вісь електромагнітного моменту Mem, як аргументу, горизонтально, вісь частоти обертання n, як функції – вертикально з її переворотом за зростаючими значеннями n = 0 ...ns. Разом з поворотом осей повернеться і графік, який тепер із залежності Mem (s) на рис.А.8 перетвориться у залежність n (Mem), що зображена на рис.А.9. Тут також відмічені особливі точки, відповідні точкам, виділеним раніше на рис.А.6 і рис.А.8. Це і є графічний вигляд механічної характеристики.

Додамо: на механічній характеристиці (рис.А.9) ділянка від «start» до «cr» відповідає нестійкому стану, ділянка від «cr» до «oc id» – стійкій роботі.

Зауважимо, що на підставі паспортних даних АД можна отримати номінальні ковзання snom і обертальній момент та безпосередньо – перевантажувальну здатність АД з обертального моменту kMm. Тоді маємо Mmax = kMmMN (за визначенням kMm = Mmax /MN). Вважаючи, що MN відповідає електромагнітному моменту, можна отримати залежність Mem (s) за

відомою формулою Клосса:

де - (походження цієї формули див. у [1]).

Хоча відомо, що більш – менш достовірні дані за формулою (А.31) можна отримати лише у діапазоні від «oc іd» до «cr» (рис.А.9).

В достатньо повній і наочній формі експлуатаційні властивості АД в пустимому діапазоні навантажень подаються його робочими характеристиками.

До них відносять залежності підведеної потужності Pin, струму статора I, обертального моменту на валу M, частоти обертання ротора n, ковзання s, ККД h, коефіцієнту потужності cosj від корисної потужності двигуна P. Примірний вигляд низки робочих характеристик поданий на рис.А.10 у безрозмірної формі (для величин cosj, h і s це природно, а величини P, I і M віднесені до своїх номінальних значень PN, I N і MN, n – до ns).

Робочі характеристики АД можна отримати аналітично, використовуючи, наприклад, його Г-подібну схему заміщення. У лабораторних роботах застосований експериментальний метод на основі безпосередніх випробувань АД при завантаженні від неробочого ходу до номінального режиму або трішки вище.