Материал: 1824
Недостатки данного способа регулирования:
1)процесс регулирования ступенчатый;
2)при одних и тех же габаритах большей частоте вращения соответствует большая номинальная мощность; при снижении частоты вращения значительно снижаются номинальная мощность двигателя и его технические показатели (ηн, cosφн).
Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя возможно и
изменением частоты питающего напряжения f1.
При этом также в соответствии с формулой (161) изменяется частота вращения магнитного поля.
При уменьшении f1 (частоты тока I1) магнитный поток возрастает, токи
вобмотке увеличиваются, а КПД и cоsφ1 снижаются. Для сохранения неизменной величины магнитного потока при частотном регулировании осуществляется одновременное пропорциональное изменение как частоты тока I1, так и амплитуды фазных напряжений (рис. 71). При этом Мкр двигателя остается почти неизменным, незначительно снижаясь с уменьшением f1 (см. рис. 71).
n2 |
|
|
n1 |
а |
f1н |
n’1 |
б |
f’1<f1н |
n”1 |
в |
f”1<f’1н |
|
М
Mн 
Mкр
Рис. 71. Механические характеристики при изменении частоты тока в цепи статора
В настоящее время для частотного регулирования используются специальные статические преобразователи частоты на тиристорах, позволяющие плавно регулировать частоту вращения асинхронных двигателей в широких пределах.
4.8. Коэффициент полезного действия асинхронного двигателя
Коэффициент полезного действия (КПД) асинхронного двигателя показывает, какую часть составляет полезная мощность на валу двигателя от мощности, потребляемой двигателем из сети.
|
Р2 |
100%, |
(179) |
|
Р1 |
||||
|
|
|
где Р1 – активная мощность, потребляемая двигателем из сети; Р2 – активная полезная мощность на валу двигателя, которая отдается производственному механизму.
Активная мощность Р1 определяет среднюю мощность необратимого преобразования в двигателе электрической энергии, получаемой из трехфазной сети, в механическую, тепловую и другие виды энергии.
Р1 |
3U1I1 cos 1. |
(180) |
Суммарные потери мощности в двигателе при преобразовании электрической энергии в полезную механическую
∑∆Р=Р1–Р2. (181)
|
|
|
|
f1 |
|
|
|
|
n1 |
|
|
|
|
|
|
n2 |
|
|
|
Трехфазная |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Производственный |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
Статор |
|
Ротор |
|
механизм |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Р2 |
|
|
Р1 |
3U1I1 cos 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∆РМЕХ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∆РЭ2 ∆РC2 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
∆РЭ1 |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
∆РC1 |
|
|
|||||||||
Рис. 72. Схема связей между частями машинного устройства и диаграмма мощностей асинхронного двигателя
На диаграмме (рис. 72) показаны потери мощности в двигателе:
∆РЭ1, ∆РЭ2 – электрические потери, вызванные нагревом проводов обмоток статора и ротора; эти потери переменные, так как их величина
зависит от нагрузки на валу двигателя и пропорциональна квадрату тока обмоток статора и ротора:
РЭ1≈7,5%∙Р1; РЭ2≈4,5%∙Р1; (172)
∆РС1, ∆РС2 – потери в стали машины, т.е. потери, обусловленные перемагничиванием сердечников статора и ротора, причем потери ∆РС2 в сердечнике ротора очень малы и практически не учитываются; потери в сердечнике статора
РС1≈1,5%∙Р1; |
(173) |
∆РМЕХ – механические потери, обусловленные трением ротора в |
|
подшипниках, и вентиляционные потери: |
|
РМЕХ≈(2–4)%∙Р1. |
(174) |
Наибольшее значение КПД достигает при номинальной нагрузке (рис.
73).
η
ηн
Р2
Р2н
Рис. 73. Зависимость коэффициента полезного действия от нагрузки на валу асинхронного двигателя
КПД современных трехфазных асинхронных двигателей в номинальном режиме составляет 80–95%.
4.9. Коэффициент мощности асинхронного двигателя
Кроме необратимого процесса расхода энергии, учитываемого величиной активной мощности Р1, в асинхронном двигателе происходит обратимый процесс периодического изменения запаса энергии магнитного поля.
Коэффициент мощности асинхронного двигателя
cos 1 |
|
P1 |
|
(185) |
||
|
|
|
|
|||
P2 |
Q2 |
|||||
|
|
|
|
|||
1 |
1 |
|
|
|||
зависит от нагрузки на валу двигателя.
В режиме холостого хода энергия расходуется в основном только на покрытие небольших потерь мощности в статоре и незначительных механических потерь. Энергия, запасенная во вращающемся магнитном поле, практически не зависит от расхода энергии на совершение полезной
механической работы и нагрев двигателя, т.е. реактивная мощность не зависит от нагрузки на валу. Таким образом, в режиме холостого хода двигателя активная мощность мала, а реактивная велика, поэтому
cosφ1ХХ=0,08–0,15. (186)
Сувеличением нагрузки на валу двигателя активная мощность растет,
ареактивная остается постоянной. Следовательно, коэффициент мощности увеличивается. При номинальной нагрузке
cosφ1н=0,75–0,95. (187)
cosφ cosφ1н
cosφ1ХХ |
Р2 |
Р2н
Рис. 74. Зависимость коэффициента мощности от нагрузки на валу асинхронного двигателя
Однако при дальнейшем увеличении тормозного момента на валу происходит существенный рост токов в обмотках статора и ротора, что приводит к возрастанию реактивной мощности и, как следствие, к снижению коэффициента мощности
(рис. 74).
4.10. Генераторные и тормозные режимы работы асинхронного двигателя
4.10.1. Генераторный режим с отдачей энергии в сеть
При генераторном (рекуперативном) режиме с отдачей энергии в сеть ротор двигателя вращается с частотой, большей синхронной (n2>n1) в направлении вращения магнитного поля статора, т.е. S<0 (рис. 75). Следовательно, направление, в котором силовые линии магнитного поля пересекают обмотку ротора, противоположно по сравнению с направлением, когда асинхронная машина работает в режиме двигателя. При этом ЭДС Е2 и ток I2 в обмотке ротора изменяют фазу на 180º, что согласно уравнению (164) вызывает изменение направления действия вращающего момента, который оказывается направленным против вращения ротора. Изменение направления действия вращающего момента, фазы тока ротора I2 на 180º, а следовательно, и фазы активной составляющей тока статора I1 на 180º означает переход машины в режим генератора, когда механическая энергия, поступающая извне на вал ротора, преобразуется в электрическую и
|
n2 (S) |
|
|
|
отдается в сеть. Однако при |
||||
|
|
|
|
этом |
асинхронная |
машина |
|||
|
|
|
S=0 |
|
потребляет |
из |
сети |
||
Генераторный |
|
|
|
реактивную энергию, так как |
|||||
Двигательный |
|
вращающееся |
магнитное |
||||||
режим |
|
||||||||
(S<0) |
режим |
|
поле |
машины |
создается |
||||
|
|
|
(0<S<1) |
М |
реактивной |
(индуктивной) |
|||
|
|
|
|
|
составляющей |
тока I1. Это |
|||
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
||||
Такой режим имеет место при работе двигателя в грузоподъемных механизмах при спуске легких грузов или при переключении числа пар полюсов многоскоростного двигателя с большей частоты вращения на меньшую. При этом частота вращения ротора не может измениться
мгновенно. Например, при переключении с n1=1500 |
об |
на n1=750 |
об |
||
|
мин |
||||
|
мин |
||||
ротор некоторое время будет вращаться с частотой n2>n1=750 |
об |
. |
|
||
|
|
||||
|
|
|
мин |
|
|
Вэтом режиме скольжение и электромагнитный момент будут отрицательными, т.е. электромагнитный момент становится тормозным, а вращение ротора происходит за счет сторонних сил.
4.10.2.Режим торможения противовключением
Врежиме торможения противовключением ротор вращается в сторону, противоположную вращению магнитного поля статора. В этом режиме
S>1.
Режим противовключения может возникнуть у двигателя, работающего
вгрузоподъемных механизмах, при спуске тяжелых грузов. При этом двигатель включен на подъем, но под действием веса груза ротор двигателя вращается в обратную сторону. Этот режим называется режимом электромагнитного тормоза (рис. 76).
n2 (S)
n1 
S=0 Двигательный режим
Rд1
S=1 |
М |
Rд2
Режим
противовключения
S>1
Rд3