Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Некоторые особенности синхронных электродвигателей

Некоторые особенности синхронных электродвигателей

При рассмотрении РЗ синхронных электродвигателей необходимо учитывать их особенности: Пуск большинства синхронных электродвигателей производится при отсутствии возбуждения пря­мым включением в сеть. Для этой цели на роторе синхронного электродвигателя предусматрива­ется дополнительная короткозамкнутая обмотка, выполняющая во время пуска ту же роль, что и вкороткозамкнутом роторе асинхронного электродвигателя. Когда скольжение электродвигателя при­ближается к нулю, включается возбуждение, и электродвигатель втягивается в синхронизм под влиянием появляющегося при этом синхронного момента.

Во время пуска синхронный электродвигатель потребляет из сети повышенный ток, который по ме­ре уменьшения скольжения затухает, так же как и у асинхронного электродвигателя. Для уменьшения понижения напряжения и пусковых токов мощные синхронные электродвигатели пускаются через реактор, который затем шунтируется. Защиты синхронных электродвигателей, как и РЗ асинхронных электродвигателей, должны быть отстроены от токов, возникающих при их пуске или самозапуске, имеющем место при восстановлении напряжения в сети.

Момент синхронного электродвигателя зависит от напряжения сети , ЭДС электродвига­теля Еd и угла сдвига δ междуUд и Еd. Без учета потерь в статоре и роторе

(9.28)

— синхронное сопротивление двигателя.

При постоянных значениях Uд и Еd каждой нагрузке электродвигателя соответствует определенное значение угла δ. В случае понижения напряжения в сети, как следует из выражения (9.14), момент уменьшается. Если при этом он окажется меньше момента сопротивления механизма, то устойчи­вая работа синхронного электродвигателя нарушается, возникают качания и электродвигатель выходит из синхронизма. Нарушение устойчивости возможно также при перегрузке электродвигателя (увеличе­ние δ) или снижении возбуждения (уменьшение Еd). Эффективным средством повышения устойчивости электродвигателя является форсировка возбу­ждения, увеличивающая его ЭДС. Опыт показывает, что при глубоких понижениях напряжения (до нуля) синхронные электродвигатели, работающие с номинальной нагрузкой, выходят из синхрониз­ма, если перерыв питания превосходит 0,5 с.

При нарушении синхронизма частота вращения электродвигателя уменьшается, и он переходит в асинхронный режим. При этом в пусковой обмотке и цепи ротора появляются токи, создающие до­полнительный асинхронный момент, под влиянием которого синхронный электродвигатель может остаться в работе с некоторым скольжением.

Токи, появляющиеся в статоре, роторе и пусковой обмотке электродвигателя при асинхронном ре­жиме, вызывают повышенный нагрев их, поэтому длительная работа синхронных электродвигате­лей в асинхронном режиме с нагрузкой более 0,4-0,5 номинальной недопустима. В связи с этим, появляется необходимость в специальной РЗ от асинхронного режима, которая должна реализовать мероприятия, обеспечивающие ресинхронизацию электродвигателя, или от­ключить его. Ресинхронизация состоит в том, что с электродвигателя снимается возбуждение (при этом его асинхронный момент повышается и скольжение уменьшается), через некоторое время включается возбуждение, и электродвигатель вновь втягивается в синхронизм. Признаком нару­шения синхронизма электродвигателя является появление колебаний тока в статоре и переменного тока в роторе.

После отключения КЗ или включения резервного источника питания многие синхронные электродвигатели могут самозапускаться, т. е. вновь (сами) втягиваться в синхронизм. Самозапуск синхронных электродвигателей возможен, если после вос­становления напряжения под влиянием возросшего асинхронного момента скольжение электродви­гателя настолько уменьшится, что он сможет снова втянуться в синхронизм.

Дата добавления: 2015-05-05 ; просмотров: 1949 ;

3.2.2. Проверка двигателя по нагреву и перегрузке

Располагая графиком суммарного момента (с учетом динамических моментов), можно произвести проверку двигателя по нагреву методом эквивалентного момента. Для механизмов, работающих в повторно-кратковременном режиме, нужно рассчитать продолжительность включения двигателя

, (3.9)

где – соответственно суммарное время пуска установившегося движения, торможения и пауз.

Эквивалентный момент в общем случае определяется как:

, (3.10)

Здесь и– коэффициенты, учитывающие ухудшение охлаждения двигателя соответственно при пуске (торможении) и остановке.

При расчете нужно учитывать режим работы двигателя, так при повторно-кратковременном режиме работы время паузt в формуле (3.10) исключается.

Полученную величину эквивалентного момента при повторно-кратковременном режиме необходимо привести к ближайшей стандартной продолжительности включения по формуле

, (3.11)

Двигатель проходит по нагреву, если,. Если номинальный момент двигателя меньше эквивалентного, то нужно выбирать по каталогу другой ближайший больший двигатель и повторить расчеты.

Читать еще:  Что такое очистка двигателя водородом

Проверка двигателя по перегрузке производится с помощью неравенства

, (3.12)

где – максимальный момент по нагрузочной диаграмме;

–коэффициент перегрузки двигателя по моменту, задается в каталоге для данного двигателя.

4. Расчет характеристик электродвигателя

4.1. Расчет и построение электромеханических и механических характеристик электродвигателя

Электромеханической характеристикой называется зависимость угловой скорости двигателя от тока главной цепи, то есть .

Механической характеристикой называется зависимость угловой скорости двигателя от развиваемого им момента на валу, то есть .

Электромеханические и механические характеристики можно изобразить в виде графиков.

Для асинхронного двигателя уравнения механической характеристики выражается формулами [2,5]

, (4.1)

, (4.2)

где – критический момент, развиваемый электродвигателем, Н м;

–критическое скольжение, соответствующее ;

–текущее значение скольжения;

–коэффициент, учитывающий отношение сопротивления обмотки статора к приведенному сопротивлению ротора.

Для двигателей большой мощности можно принять , тогда уравнение механической характеристики принимает вид

, (4.3)

Приведенные уравнения позволяют по паспортным данным машины определить ее естественную характеристику M=f(s). Для этого предварительно вычисляют величины

,

затем, задаваясь скольжением в пределах s=О—I, по уравнению механической характеристики (4.1) или (4.2) определяют значения момента M и строят механическую характеристику.

Для всех типов асинхронных двигателей при построении механических характеристик в тормозных режимах необходимо учитывать изменение величины и знаков перед скольжением и моментом на валу [2, 5].

4.2. Расчет пусковых и тормозных устройств электродвигателей

4.2.1. Расчет пусковых сопротивлений асинхронного двигателя с фазным ротором

Пуск в ход асинхронных электродвигателей с фазным ротором производится с помощью резистора, включенного в цепь ротора. Это уменьшает начальный пусковой ток и позволяет получить пусковой момент, близкий к максимальному моменту двигателя. Ступени пускового резистора могут служить также для регулирования скорости вращения двигателя. В этом случае пускорегулирующие резисторы должны выдерживать, без опасного для них нагрева, достаточно длительное включение.

Рассчитывают эти резисторы двумя способами: графическим и аналитическим.

Графический метод основан на прямолинейности механических характеристик и аналогичен расчету для двигателя постоянного тока независимого возбуждения. Методики графического расчета пусковых сопротивлений для указанных двигателей приведены в [5,6,7], примеры расчета показаны в [5], с. 203-206.

При аналитическом расчете необходимо задаваться двумя величинами из трех: М1, М2, m. Для асинхронных двигателей обычно принимают М1=(180-250) от МН; М2=(110-120) от МН, где МН номинальный момент двигателя, который принимается равным нагрузочному МС, т.е. МНС.Н.

При аналитическом расчете необходимо помнить, что для асинхронных двигателей обычно принимают 3-5 ступеней ускорения. Если число ступеней неизвестно, то их можно определить по выражению:

, (4.3)

где m — число ступеней резистора,

М1 — максимальный пусковой момент,

sH — номинальное скольжение электродвигателя,  —

;

— отношение максимального пускового момента к переключающему.

Если число ступеней резистора известно, то 1 можно определить по следующим формулам:

— для нормального режима пуска (задаемся моментом М2)

, (4.4)

— для форсированного режима пуска (задаемся М1)

, (4.5)

Сопротивление отдельных секций резистора каждой фазы

В последних выражениях Rр — сопротивление фазы обмотки ротора

, (4.6)

где sH — номинальное скольжение электродвигателя;

E2k — линейное напряжение между кольцами неподвижного ротора, В;

I2ном — номинальный ток ротора, А.

Если задана искусственная механическая характеристика (полностью или частично) или отдельная точка этой характеристики с координатами и,Mи, то сопротивление секции резистора можно определить по одной из двух формул:

, (4.7)

где s и ske — критическое скольжение на искусственной и естественной характеристиках;

sи и se — скольжения двигателя соответственно на искусственной и естественной характеристиках, соответствующие моменту Ми.

Асинхронный двигатель работа с перегрузкой

Работа двигателя с перегрузкой

Анализ работы судового двигателя на различных режимах, выполненный нами, позволяет сделать вывод, что при изменении сопротивления движению судна тепловая и динамическая напря­женность двигателя может недопустимо возрастать.

Режим работы двигателя, при котором тепловая и динамическая на­пряженность его становится выше, чем допустимо, является перегрузочным. Перегрузочным режимом работы двигателя можно назвать такой режим ра­боты, при котором значение коэффициента избытка воздуха при горении становится меньше, чем при работе на номинальном режиме. Работа дизеля с ? ном происходит при возрастающем догорании топлива на линии расширения, а следовательно, сопровождается увеличением температуры выпускных газов и средней температуры за цикл. Повышение средней тем­пературы газов за цикл увеличивает температуру стенок цилиндра, а потому способствует дальнейшему уменьшению весового заряда цилиндра воздухом и, следовательно, уменьшению ?. Поэтому повышение температуры выпуск­ных газов и стенок цилиндра при этом является прогрессирующим, в резуль­тате чего может произойти коксование смазочного масла на стенках цилиндра и образование задиров и заеданий поршней, т. е. такая работа может двига­тель привести к аварии.

Читать еще:  Что такое обьем дизельного двигателя

При неудовлетворительном техническом состоянии двигателя перегру­зочный режим работы может наступить при мощности и числе оборотов меньше номинальных.

Внешними признаками перегрузки двигателя являются: дымный вы­хлоп, высокая температура отработавших газов, сильный нагрев крышек и стенок цилиндра.

Причинами перегрузки двигателя, кроме ранее рассмотренных (силь­ное течение и ветер, мелководье, большой воз и др.), могут быть следующие.

Неравномерность распределения мощности по цилиндрам, главным об­разом вследствие неправильной регулировки топливных насосов, приводит к перегрузке отдельных цилиндров двигателя. Такая перегрузка, не обна­руженная своевременно, может привести не только к заеданию поршня, но и к образованию прогара его донышка и взрыву масляных паров в картере двигателя. Контроль температуры выпускных газов по цилиндрам и охлаж­дающей воды позволяет своевременно обнаружить перегрузку отдельных цилиндров и устранить ее. Температура выпускных газов по цилиндрам не должна отличаться, при номинальной мощности двигателя, более чем на ±5% от средней температуры для всех цилиндров.

Мощность отдельных цилиндров не должна отличаться более чем на ±2,5% от среднего ее значения.

Несоответствие элементов гребного винта номинальной мощности и числу оборотов (винт более «тяжелый») приводит также к перегрузке двига­теля. Повышение сопротивления газовому потоку в выпускном и во впускном трактах (малый диаметр, большая длина, скопление сажи и маслянистых осадков) способствует перегрузке двигателя.

Особо следует отметить влияние изменения метеорологических условий на возможность перегрузки двигателя.

Пренебрегая весьма малым влиянием величины температуры наружного воздуха на коэффициент наполнения цилиндра, мощность двигателя, соглас­но формуле (158), можно выразить так:

Допустим, что двигатель при стендовых испытаниях развивал мощность N e ном и имел n ном при давлении и температуре наружного воздуха р и Т :

При других значениях давления и температуры наружного воздуха мощ­ность этого двигателя при том же числе оборотов будет равна

или, выражая ее через номинальную мощность, будем иметь

Принимая в первом приближении, что изменение параметров наружного воздуха одинаково влияет на величину коэффициента избытка воздуха и на величину индикаторного к. п. д. двигателя, и пренебрегая изменением меха­нического к. п.д. его, при этом будем иметь

Так, например, при значениях: р = 760 мм рт. ст.; р = 740 мм рт. ст Т = 293° К и Т = 313° К

Таким образом, из приведенного примера следует, что падение давления и повышение температуры наружного воздуха, которые наблюдаются в прак­тике эксплуатации силовых установок, приводят к значительному сниже­нию номинальной мощности двигателя. При работе двигателя на гребной винт указанные изменения параметров наружного воздуха уменьшают мощ­ность его и число оборотов вала.

Сохранение мощности при рассматриваемом изменении параметров наружного воздуха, путем увеличения подачи топлива, приводит, как это видно из дальнейшего, к значительному снижению коэффициента избытка воздуха при горении, а следовательно, к перегрузке двигателя. Действи­тельно, при условии, что N e ? = N е ном , будем иметь

Допустим, что в рассматриваемом примере дизель имеет ? = 2,0, и если принять, что уменьшение индикаторного к. п. д. будет пропорционально уменьшению веса заряда цилиндра воздухом, то найдем значение ?’:

При таком уменьшении значения коэффициента избытка воздуха по сравне­нию с номинальным значением его не вызывает сомнения, что двигатель будет работать с недопустимой перегрузкой.

Читать еще:  Двигатель m54b30 какое масло

Работа двигателя с перегрузкой допускается только в исключительных случаях, и при этом должно быть усилено наблюдение за работой его. Осо­бое внимание должно уделяться контролю за температурой отработавших газов двигателя и за работой охлаждающей и масляной систем. Следует при этом иметь в виду, что быстроходные форсированные двигатели имеют при номинальном режиме работы сравнительно низкое значение коэффициента избытка воздуха, а потому повышение мощности их путем перегрузки может быть незначительным.

Пуск асинхронного электродвигателя

При пуске асинхронного короткозамкнутого электродвигателя пусковой ток может достигнуть 7-кратного значения по сравнению с номинальным. Поэтому при питании электродвигателя от источника малой мощности может произойти резкое снижение напряжения в сети, что вызовет ухудшение работы других потребителей, питающихся от этого же источника.

При пуске асинхронного двигателя от трансформатора потери напряжения определяют по формуле

U% = %

где – Zл – сопротивление линии, зависящее от марки, площади поперечного сечения и длины провода; Zr –сопротивление короткого замыкания трансформатора, определяемое по его паспортным данным; Zд – сопротивление двигателя при пуске;

,

где Uн – номинальное напряжение; Iп – пусковой ток электродвигателя.

Прямой пуск асинхроных короткозамкнутых электродвигателей допускается только в том случае, если при этом не произойдет снижения напряжения сети на 15…20% от номинального.

Для снижения значения пусковых токов асинхронных короткозамкнутых двигателей существует ряд способов пуска: пуск двигателя с переключением обмотки со звезды на треугольник, автотрансформаторный пуск и пуск при помощи реактора.

Однако при этих способах пуска требуется дополнительная аппаратура, что приводит к некоторому удорожанию электропривода.

Работа трехфазных асинхронных электродвигателей

при некачественном напряжении

Под неноминальными режимами работы электрических машин следует понимать работу при напряжении, частоте и нагрузке, отличающихся от указанных в паспорте, а также неполнофазные режимы.

Магнитный поток асинхронного двигателя пропорционален напряжению сети и обратно пропорционален частоте. Поэтому качество напряжения питающих сетей оказывает существенное влияние на работу асинхронных двигателей. При значительных колебаниях напряжения и номинальной частоте меняются электромагнитный поток машины, частота ее вращения и потери.

При понижении напряжения уменьшаются вращающий момент машины и частота вращения, что при номинальной нагрузке приводит к возрастанию тока статора по сравнению с номинальным. При этом обмотки перегреваются, и срок службы их снижается. Известно, что при работе электродвигателя при напряжении на 15% ниже номинального срока службы его изоляции снижается в 1,5 раза.

При увеличении напряжения свыше номинального увеличиваются ток холостого хода двигателя и потери в стали, что приводит к снижению cosφ и перегреву стали.

Уменьшение частоты питающей сети при номинальном напряжении приводит к увеличению тока холостого хода двигателя, снижению частоты вращения и уменьшению коэффициента мощности. Увеличение частоты сети вызывает снижение вращающего момента.

Асимметрия линейных напряжений оказывает аналогичное влияние на асинхронные электродвигатели, как и колебания напряжения. Частым случаем асимметрии напряжения является обрыв фазы (неполнофазный режим). При обрыве фазы возрастает ток в оставшихся фазах, что вызывает их перегрузку и выход из строя.

При включении в работу асинхронного двигателя с отсутствием фазы он гудит, но не разворачивается, так как вращающий момент равен нулю. В этот период по обмоткам двигателя протекает ток, почти равный пусковому, что может к перегоранию обмоток.

Если фаза исчезает при работе под нагрузкой, близкой к номинальной, ток в оставшихся фазах возрастает по сравнению с номинальным, что также вызывает опасный перегрев обмоток. Перегрузка электродвигателя сверх номинальной может возникнуть вследствие затяжных пусков и перегрузки со стороны рабочей машины.

При перегрузке двигателя рабочей машиной возрастает момент сопротивления на валу двигателя, увеличиваются скольжение и ток статора, что приводит к перегреву обмотки и ускоренному старению электроизоляционных материалов.

Режим, аналогичный перегрузке, может возникнуть из–за снижения теплоотдачи отдельных узлов машины, которые покрыты пылью или грязью.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector