Меню

Несимметрия напряжения при работе двигателя



Влияние несимметрии напряжения на работу асинхронного двигателя

date image2015-01-30
views image4600

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Качественно отличается действие несимметричного режима по сравнению с симметричным для таких распространенных трехфазных электроприемников, как асинхронные двигатели. Особое значение для них имеет напряжение обратной последовательности. Сопротивление обратной последовательности электродвигателей примерно равно сопротивлению заторможенного двигателя и, следовательно, в 5 – 8 раз меньше сопротивления прямой последовательности. Поэтому даже небольшая несимметрия напряжений вызывает значительные токи обратной последовательности. Токи обратной последовательности накладываются на токи прямой последовательности и вызывают дополнительный нагрев статора и ротора (особенно массивных частей ротора), что приводит к ускоренному старению изоляции и уменьшению располагаемой мощности двигателя (уменьшению к.п.д. двигателя). Так, срок службы полностью загруженного асинхронного двигателя, работающего при несимметрии напряжения 4%, сокращается в 2 раза. При несимметрии напряжения 5% располагаемая мощность двигателя уменьшается на 5 – 10%.

Несимметричную систему трехфазных напряжений можно разложить на симметричные составляющие прямой, обратной и нулевой последовательности и проанализировать влияние каждой из них на работу двигателя. ГОСТ допускает несимметрию напряжения (отношение напряжения обратной последовательности к номинальному напряжению) до 2%.

Рис. 3 Зависимости моментов асинхронного двигателя от скольжения

Система напряжений обратной последовательности создает магнитное поле, вращающееся в противоположную относительно ротора сторону с частотой вращения nобр = 60f1 р = |n1 |.

Вследствие этого скольжение ротора относительно обратного поля sобр = (n1 — n2 )/n1 = [n1 + n1 (1 — s)]/n1 ≈ 2, так как скольжение асинхронного двигателя в установившемся режиме s ≈ (0,01 ÷ 0,05). Следовательно, обратное поле создает тормозящий момент Мобр, а токи обратной последовательности создают дополнительные потери, увеличивающие нагревание обмоток и снижающие КПД.

На рис. 3 показана зависимость моментов асинхронного двигателя от скольжения. Из нее следует, что под влиянием токов обратной последовательности результирующий момент двигателя Мрез снижается и скольжение при том же нагрузочном моменте Мн на валу возрастает.

Рис. 4. Зависимости КПД от асимметрии напряжения для одного из двигателей общего применения мощностью 5,5 кВт.

На рис. 4 показаны зависимости КПД от асимметрии напряжения для одного из двигателей общего применения мощностью 5,5 кВт. При несимметрии напряжения 2% КПД снижается примерно на 2%, а при 4% почти на 5,5%. Следовательно, несимметрия питающего напряжения крайне нежелательна.

Наихудшее проявление несимметрии с точки зрения теплового старения и соответственно срока службы асинхронного электродвигателя заключается в неравномерном нагреве обмоток статора.

Рис. 4. Зависимость тока в фазах электродвигателя от коэффициента несимметрии.

Даже при нормальном значении несимметрии (по ГОСТ- 2%) одна из фаз электродвигателя находится в перегруженном состоянии, что приводит к ускоренному старению.

Источник

Несимметричные режимы работы асинхронных двигателей

^ 4.13.1. Несимметрия в цепи статора

При эксплуатации асинхронных двигателей может возникнуть несимметрия питающих напряжений из-за несимметрии нагрузки сети по фазам или из-за аварийных ситуаций.

Рассмотрим влияние этой несимметрии на работу асинхронного двигателя, используя метод симметричных составляющих. Если пренебречь насыщением, то рабочие характери­стики двигателя при несимметричном напряжении можно получить методом наложения, считая, что на зажимах машины действуют независимо друг от друга напряжения прямой и обратной последовательностей (нулевая последовательность при симметричной обмотке ста­тора не оказывает влияния на работу двигателя):

Читайте также:  Переменный резистор для регулировки напряжения блока питания

Система напряжений прямой последовательности создает в обмотках статора и ротора токи прямой последовательности, образующие поле Ф 11, вращающееся относительно ротора со скольжением s 1= (рис. 4.36) и создающее момент

(рис 4.36)
Система напряжений обратной последовательности соз­дает в обмотках статора и ротора токи обратной последова­тельности, образующие обратно вращающееся поле Ф 12, по отношению к которому ротор вращается со скольжением

Момент, создаваемый этим полем, будет действовать против направления вращения:

Здесь r» 2>r’ 2 и x» σ2 σ1 из-за различного влияния вихревых токов при частотах

f 21=s 1f 1 и f 22=(2-s 1)f 1. Если степень несимметрии напряжения U 1 невелика (U 11>U 12), то результирующий момент М остается положительным (рис. 4.37), но при этом уменьшаются максимальный и пусковой моменты, следовательно, в рабочих режимах двигатель будет иметь повышенное скольжение, большие потери и низкий КПД.

Необходимо также отметить, что наряду с постоянными момен­тами М 1 и M 2 в машине возник­нут также пульсирующие моменты, обусловленные взаимодействием обратных токов ротора с полем ста­тора прямой последовательности и прямых токов ротора с полем стато­ра обратной последовательности. Эти моменты пульсируют с частотой 2f 1 и создают сильные вибрации. Таким образом, несимметрия напряжения сети ухуд­шает условия работы асинхронных двигателей, и ее следует по возможности устранять.
^ 4.13.2. Несимметрия в цепи ротора

Несимметрия в цепи ротора возникает из-за разрыва стержней короткозамкнутой об­мотки ротора, а в машинах с фазным ротором — из-за неисправности щеточного узла и пуско-регулируюших устройств. В результате несимметрии электрической цепи ротора в нем возникает несимметричная система токов. Разложим ее на две симметричные системы токов прямой и обратной последова­тельности. Токи ротора прямой последовательности создают поле Ф 21, неподвижное относительно поля статора (рис. 4.38),

n 21=n+n 2=(1-s)n 1+sn 1=n 1

В результате их взаимодействия возникает момент М 1, аналогичный моменту двигателя с симметричным ротором. Токи ротора обратной последовательности создают поле Ф 22 вращающееся относительно ротора с частотой n 2 = sn 1 против направления вращения самого ротора, поэтому отно­сительно статора это поле будет вращаться с частотой

и наводить в статоре токи частоты f 22=(1-2s)f 1, которые замыкаются через сеть. При s = 0,5 поле обратной последова­тельности Ф 22 неподвижно относительно статора, оно не создает в статоре токов в, следовательно, момент M 2, обу­словленный этим полем, будет равен нулю. При 0,5≤s≤1 поле Ф 22 вращается относительно статора в обратном направлении (n 22 2 будет действовать на ротор в направлении вращения ( M 2 > 0). При 0,5≥s≥0 поле Ф 22 вращается относительно статора В прямом направлении (n 22 > 0), а созданный этим полем момент M 2 будет действовать на ротор против направ­ления вращения ротора ( M 2 1+М 2 бу­дут иметь провал при скольжении s ≈ 0,5 (рис. 4.39). Максимально этот эффект проявляется при обрыве одной фазы ротора. В этом случае асинхронный двигатель даже при пуске без нагрузки застревает на поло­винной скорости. Если обрыв произой­дет во время работы, скольжение двига­теля возрастет, и он будет сильно греть­ся, а при больших нагрузках может пе­рейти в зону скольжения s ≈ 0,5. Для уменьшения провала в кривой момента M(s) можно в цепь ротора на период пуска включить дополнительное сопро­тивление r 2доп При этом максимум момента М 1 смещается в сторону больших скольжений, а провал момента уменьшается. При r 2доп = (7÷10)r 2 величина провала оказывается минимальной. Такой способ пуска применяется в синхронных двигателях.

Читайте также:  Цепь с последовательным соединением rlc элементов резонанс напряжений

Источник

Электрические машины — Несимметричные режимы работы асинхронных двигателей

Содержание материала

  • Электрические машины
  • Основные электромагнитные схемы электрических машин
  • Устройство многофазных обмоток
  • Магнитное поле и МДС многофазных обмоток
  • Электродвижущие силы, индуктируемые в обмотке
  • Асинхронные машины
  • Явления в асинхронной машине при неподвижном роторе
  • Явления в асинхронной машине при вращающемся роторе
  • Уравнения, схема замещения и векторная диаграмма
  • Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя
  • Механическая характеристика асинхронной машины
  • Статическая устойчивость асинхронной машины
  • Экспериментальное исследование асинхронных двигателей
  • Рабочие характеристики асинхронного двигателя
  • Двигатели с улучшенными пусковыми свойствами
  • Пуск асинхронных двигателей
  • Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей
  • Несимметричные режимы работы асинхронных двигателей
  • Однофазные асинхронные двигатели
  • Генераторный режим асинхронной машины
  • Трансформаторный режим асинхронной машины
  • Синхронные машины
  • Магнитное поле синхронной машины при холостом ходе
  • Расчет магнитной цепи синхронной машины при хх
  • Магнитное поле синхронной машины при нагрузке
  • Приведение МДС обмотки статора к МДС возбуждения
  • Уравнения напряжений и векторные диаграммы
  • Уравнения векторные диаграммы с учетом насыщения
  • Работа на автономную нагрузку
  • Параллельная работа синхронных машин
  • Включение генератора в сеть
  • Регулирование активной мощности синхронной машины
  • Регулирование реактивной мощности синхронной машины
  • Угловая характеристика синхронной машины
  • Статическая устойчивость синхронной машины
  • U-образные характеристики
  • Синхронные двигатели
  • Синхронные компенсаторы
  • Несимметричные режимы синхронных генераторов
  • Внезапное трехфазное кз синхронного генератора
  • Качания и динамическая устойчивость синхронной машины
  • Машины постоянного тока
  • ЭДС обмотки якоря и электромагнитный момент
  • Магнитное поле машины постоянного тока при нагрузке
  • Коммутация
  • Генераторы постоянного тока
  • Характеристики генераторов с самовозбуждением
  • Параллельная работа генераторов постоянного тока
  • Двигатели постоянного тока
  • Характеристики двигателя постоянного тока
  • Регулирование частоты вращения

Несимметричные режимы работы асинхронных двигателей

Несимметрия в цепи статора

При эксплуатации асинхронных двигателей может возникнуть несимметрия питающих напряжений из-за несимметрии нагрузки сети по фазам или из-за аварийных ситуаций.
Рассмотрим влияние этой несимметрии на работу асинхронного двигателя, используя метод симметричных составляющих. Если пренебречь насыщением, то рабочие характеристики двигателя при несимметричном напряжении можно получить методом наложения, считая, что на зажимах машины действуют независимо друг от друга напряжения прямой и обратной последовательностей (нулевая последовательность при симметричной обмотке статора не оказывает влияния на работу двигателя):

Система напряжений прямой последовательности создает в обмотках статора и ротора токи прямой последовательности, образующие поле , вращающееся относительно ротора со скольжением (рис. 4.36) и создающее момент
.
Система напряжений обратной последовательности создает в обмотках статора и ротора токи обратной последовательности, образующие обратно вращающееся поле , по отношению к которому ротор вращается со скольжением
.
Момент, создаваемый этим полем, будет действовать против направления вращения:
.

Читайте также:  Инверторные стабилизаторы напряжения сети 220в рейтинг

Здесь и из-за различного влияния вихревых токов при частотах и . Если степень несимметрии напряжения невелика ( ), то результирующий момент М остается положительным (рис. 4.37), но при этом уменьшаются максимальный и пусковой моменты, следовательно, в рабочих режимах двигатель будет иметь повышенное скольжение, большие потери и низкий КПД.
Необходимо также отметить, что наряду с постоянными моментами и в машине возникнут также пульсирующие моменты, обусловленные взаимодействием обратных токов ротора с полем статора прямой последовательности и прямых токов ротора с полем статора обратной последовательности. Эти моменты пульсируют с частотой и создают сильные вибрации. Таким образом, несимметрия напряжения сети ухудшает условия работы асинхронных двигателей, и ее следует по возможности устранять.

Несимметрия в цепи ротора

Несимметрия в цепи ротора возникает из-за разрыва стержней короткозамкнутой обмотки ротора, а в машинах с фазным ротором — из-за неисправности щеточного узла и пуско-регулирующих устройств. В результате несимметрии электрической цепи ротора в нем возникает несимметричная система токов. Разложим ее на две симметричные системы токов прямой и обратной последовательности. Токи ротора прямой последовательности создают поле , неподвижное относительно поля статора (рис. 4.38),

.
В результате их взаимодействия возникает момент , аналогичный моменту двигателя с симметричным ротором. Токи ротора обратной последовательности создают поле , вращающееся относительно ротора с частотой против направления вращения самого ротора, поэтому относительно статора это поле будет вращаться с частотой

и наводить в статоре токи частоты , которые замыкаются через сеть. При поле обратной последовательности неподвижно относительно статора, оно не создает в статоре токов и, следовательно, момент , обусловленный этим полем, будет равен нулю. При поле вращается относительно статора в обратном направлении ( ) и стремится повернуть статор в обратном направлении. Но так как статор жестко закреплен, то момент будет действовать на ротор в направлении вращения ( ). При поле вращается относительно статора в прямом направлении ( ), а созданный этим полем момент будет действовать на ротор против направления вращения ротора ( ). Кривые результирующего момента будут иметь провал при скольжении (рис. 4.39). Максимально этот эффект проявляется при обрыве одной фазы ротора. В этом случае асинхронный двигатель даже при пуске без нагрузки застревает на половинной скорости. Если обрыв произойдет во время работы, скольжение двигателя возрастет, и он будет сильно греться, а при больших нагрузках может перейти в зону скольжения . Для уменьшения провала в кривой момента можно в цепь ротора на период пуска включить дополнительное сопротивление . При этом максимум момента смещается в сторону больших скольжений, а провал момента уменьшается. При величина провала оказывается минимальной. Такой способ пуска применяется в синхронных двигателях.

Источник