ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

Глава   десятая
АСИНХРОННЫЕ  МАШИНЫ

10.13. 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, Pном, Uном , Iном , nном , ηном , cos φном , Мmax/Мном = λ.

Для двигателя с короткозамкнутым ротором дополнительно даются отношение пускового момента к номинальному (Мп/Мном) и отношение пускового тока к номинальному (Iп/Iном); для двигателя с фазным ротором — напряжение между кольцами при неподвижном и разомкнутом роторе U2k = E2k и номинальный ток ротора I2ном . 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 Рном 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 ηном , коэффициента мощности cos φном , 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

U1ф ≈ 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 Iр 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 ψ2 изменяется 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%Uном.

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 Мк/Мном 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, Мmax и  sкр — его  параметры.

Значение Мmax определяют по формуле

a sкр — по формуле (10.58).

Полученные значения Мmax и sкр 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 Мп 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 Мmin < 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

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:

r2 =	Mном ω0 sном	.
	3I2ном2

Однако на практике r2 определяют чаще из выражения (10.29), в котором следует положить s = sном I2 = I2ном, а членом x2s пренебречь ввиду его относительной малости по сравнению с r2. С учетом сделанных замечаний расчетная формула приобретает вид

Корень из трех появился в выражении (10.59а) вследствие того, что в каталоге дано линейное значение E2к.

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.

Расчет и построение механической характеристики и зависимости I2 = f(s) приведены в примере 10.2.