Меню

Питание асинхронного двигателя пониженным напряжением



Снижение напряжения на зажимах электродвигателя

При невозможности замены малозагруженных двигателей следует проверить целесообразность снижения напряжения на его зажимах. Снижение напряжения питания АД приводит к уменьшению потребления реактивной мощности (за счет снижения тока намагничивания) и, тем самым, к повышению cosj. При этом одновременно уменьшаются потери активной мощности, т.е. увеличивается КПД двигателя. В некоторых случаях понижение напряжения требуется только для запуска двигателя и регуляторы можно назвать регуляторами пуска. В других случаях возможна длительная работа двигателей при пониженных напряжениях, что обеспечивается с помощью регуляторов напряжения. При этом регулятор используется и для запуска электродвигателя. Возможны следующие методы снижения напряжения у малозагруженных асинхронных двигателей:

· переключение статорной обмотки с «треугольника» на «звезду»;

· секционирование статорных обмоток;

· понижение напряжения в силовых цепях предприятий переключением ответвлений понижающих трансформаторов;

· применение регулируемого электропривода, позволяющего изменять напряжение на статоре АД в функции нагрузки (ЧРП, ТРН-АД).

Переключение статорной обмотки АД с «треугольника» на «звезду» обычно рекомендуют для двигателей напряжением до 1000В, загруженных менее чем на 30%. Эффективность мероприятий поясняется рисунками (здесь представлены графики для значений cos jн = 0,78; 0,82; 0,86; 0,9).

Величина момента, развиваемого асинхронным двигателем, пропорциональна квадрату напряжения питающей сети. Поэтому при переключении обмоток статора с «треугольника» на «звезду» вследствие снижения момента необходимо производить проверку по перегрузочной способности и величине пускового момента.

Секционирование рекомендуется, если невозможно воспользоваться предыдущим способом. Если двигатели изготовлены с параллельными ветвями в статорной обмотке, то секционирование осуществляют путем перепайки лобовых соединений обмотки. Если же обмотка выполнена одиночным проводом, то переключение секций обмотки возможно лишь при капитальном ремонте.

Переключение ответвлений понижающего трансформатора часто применяют на практике. Это производиться если трансформатор не питает одновременно другие приемники, которые не допускают снижения напряжения на их зажимах. Понижая напряжение питающей сети, следует помнить, что при этом возрастают потери и в самой сети. А в трансформаторах суммарные потери активной мощности при изменении напряжения в большинстве случаев не меняются.

Снижение напряжения влияет и на тепловой режим асинхронных двигателей. Так, при номинальной нагрузке и номинальной частоте питающей сети снижение напряжения на 10% приводит к росту перегрева двигателя также на 10%. Однако следует учитывать, что при загрузке двигателя, составляющей 90%, допустимо снижать напряжение на 13%, а при kЗ = 0,8 – напряжение можно снижать на 22%, без опасности перегрева двигателя свыше допустимого.

На практике используют отключение части приводных двигателей при недогрузке, например многодвигательного конвейера. Но это нецелесообразно, поскольку из-за вращения работающими двигателями неработающих приводных блоков потери мощности почти не уменьшаются. А износ редукторов, связанных с неработающими двигателями, может быть не меньше, чем у работающих.

На рис.а приведены зависимости тока от напряжения при различных моментах нагрузки. Как видно, при каждой нагрузке АД имеется такое напряжение, при котором потребляемый двигателем ток минимален.

Штриховая линия, проведенная через точки минимумов тока для каждой нагрузки, определяет закон регулирования напряжения в функции тока.

При реализации такого закона, при любой нагрузке из сети потребляется минимальный ток. Это приводит к существенному повышению КПД электропривода и эффективному использованию установленной мощности АД.

На рис.б представлены рабочие характеристики электропривода с переменной нагрузкой, питающегося от сети с частотой 50 Гц и номинальным напряжением 220В (сплошные линии) и от частотного преобразователя (пунктирные).

Как видно из характеристик, при уменьшении нагрузки от номинальной (Р=750 Вт) до минимальной (200 Вт) при питании АД (4АМ71В) от энергосберегающего устройства по сравнению с нерегулируемым электроприводом, потребляемая двигателем мощность Рп уменьшается от 8,7 до 61%, коэффициент полезного действия η увеличивается от 7 до 43%, коэффициент мощности cosφ от 6 до 36%.

Читайте также:  При каком напряжении диэлектрические потери меньше

Уровень оптимального фазного напряжения Uф.опт при тех же диапазонах изменения мощности на валу АД уменьшается до 50% номинального Uф.н. Таким образом, применение энергосберегающего устройства существенно улучшает технико-экономические и энергетические показатели установки.

6.6. Использование синхронной машины как компенсатора реактивной мощности

Работа системы электроснабжения характеризуется потреблением электроприемниками реактивной мощности. Это вызывает:

· дополнительные потери энергии в системе;

· снижение уровня напряжения и необходимость иметь повышенную пропускную способность подстанций и распределительных сетей, что снижает экономичность работы системы.

В связи с этим необходимо производить компенсацию реактивной мощности. Одним из эффективных способов компенсации является использование синхронной машины, которая за счет регулирования тока возбуждения может осуществлять генерацию реактивной мощности в электрическую сеть. В этом случае СД работает с опережающим cosj.

Возможность работы СД в качестве источника (компенсатора) реактивной мощности иллюстрируют V – образные характеристики (см. рисунок), которые представляют собой зависимости тока статора двигателя I1 и его cosj от тока возбуждения Iв при UФ = const, f1 = const и P1=const. Зависимости тока I1(Iв) имеют минимум, которому соответствует максимум коэффициента мощности cosj=1, что объясняется с помощью векторной диаграммы СД.

При небольших токах возбуждения ток статора I1 отстает от напряжения UФ на угол j, что соответствует работе СД с отстающим cosj и потреблению им реактивной мощности из питающей сети. Активная составляющая полного тока I=I1cosjсовпадает по направлению с вектором напряжения сети Uф, а реактивнаясоставляющая I отстает от него на 90°, что и определяет потребление реактивной мощности.

Пусть СД работает при постоянной нагрузке и потребляет из сети активную мощность

Пусть СД работает при постоянной нагрузке и потребляет из сети активную мощность Р1 = 3 UФ I1cosj = 3 UФ I.

Из выражения следует, что при P1 = const и ток I= const. Поэтому при увеличении тока возбуждения СД конец вектора полного тока I1 будет перемещаться вверх по штриховой вертикальной линии, что означает уменьшение реактивной составляющей тока. При некотором токе возбуждения, близком к номинальному, реактивная составляющая тока станет равной нулю, т.е. ток статора будет равен активной составляющей I. Этому режиму соответствует точка минимума кривых токов I1(Iв) и максимально возможное значение cosj =1.

При дальнейшем увеличении тока возбуждения (перевозбуждение СД) вновь появится реактивная составляющая тока I’, но уже опережающая напряжение сети на 90°. Ток статора I’1 также будет опережать напряжение сети и СД будет работать с опережающим cosj, отдавая реактивную энергию в питающую сеть.

На рисунке показаны зависимости при двух уровнях нагрузки – номинальной (Рн) и при холостом ходе (Рх). Область характеристик справа от штрих пунктирной линии cosj=1 соответствует работе СД с опережающим cosj, а слева – с отстающим. Из рисунка видно, что с ростом мощности нагрузки область генерации реактивной мощности (опережающего cosj) смещается в сторону больших токов возбуждения. Таким образом, если СД работает с пере­менной нагрузкой на валу, то для полного использования его компенсирующих свойств требуется соответствующее изменение его тока возбуждения, что ведет к увеличению габаритной мощности двигателя.

Отдаваемая или потребляемая реактивная мощность СД

Q = 3 Uф I1 sinj.

Отношение полной (габаритной) мощности к активной

.

Пусть требуемая реактивная опережающая мощность составляет 40% активной мощности, т.е. Q/P = 0,4. Расчет по формуле показывает, что при этом отношение S/P составит 1,08, т.е. генерирование указанной реактивной мощности потребует увеличения габаритной мощности только на 8%.

Читайте также:  Светодиодные драйверы с низким напряжением

Источник

Пуск асинхронного двигателя при пониженном напряжении на обмотке статора

date image2015-03-07
views image4804

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Ограничение пусковых токов асинхронных двигателей путем понижения напряжения применяется в том случае, если пуск осуществляется без нагрузки.

В соответствии с формулой пусковой ток пропорционален подведенному напряжению . Уменьшение напряжения вызывает соответствующее уменьшение пускового тока.

Для уменьшения пусковых токов применяют схемы пуска при пониженном напряжении:

1. включением резисторов в цепь обмотки статора (рис. 9.13, а);

2. включением индуктивных сопротивлений в цепь обмотка статора (рис. 9.13, б);

3. включением обмотки статора через автотрансформатор (рис.9.13, в);

4. переключением обмотки статора со способа соединения фазных обмоток статора ( ) «звезда» на «треугольник» (рис. 14.9 г).

Рис.14.9 Схемы пуска асинхронного двигателя при пониженном напряжении

В схеме на рис. 14.9, а при пуске замкнуты контакты линейного контактора КЛ, поэтому обмотка статора подключается к питающей сети через пусковые токоограничивающие резисторы СП. После того, как двигатель наберет обороты, а пусковой ток уменьшится до безопасных значений (обычно 2…2,5 номинального), схема управления замыкает контакты второго контактора – ускорения КУ, при этом двигатель подключается к сети «напрямую».

В схеме на рис. 14.9б для ограничения пусковых токов последовательно с обмоткой статора включены токоограничивающие рабочие обмотки дросселя насыщения Др. Его обмотка управления ОУ питается постоянным током через понижающий трансформатор Тр и выпрямитель Вп.

При пуске индуктивное сопротивление рабочих обмоток дросселя должно быть максимальным, поэтому ток в обмотке управления ОУ должен быть минимальным. Для этого ползунок резистора поста управления ПУ должен находиться в крайнем правом положении.

После пуска ток в обмотке управления ОУ постепенно увеличивают, для чего перемещают ползунок ПУ влево. Индуктивное сопротивление рабочих обмоток постепенно уменьшается.

Когда ползунок ПУ перемещен влево до упора, пуск закончен. При таком положении ползунка индуктивное сопротивление рабочих обмоток дросселя практически равно нулю, что равнозначно прямому подключению обмотки статора к питающей сети.

В схеме на рис. 14.9в использованы два контактора – регулировочный КЛ1 и линейный КЛ2, а также автотрансформатор АТр.. При пуске включается контактор КЛ1, при замыкании нижних контактов которого образуется нулевая точка «звезды» трех фазных обмоток автотрансформатора, а через верхние контакты подается питание питающей сети на верхние выводы этих обмоток.

В момент пуска ползунки автотрансформатора должны находиться в крайнем нижнем положении, при этом обмотка статора асинхронного двигателя закорочена через нижние контакты КЛ1, т.е. напряжение на ней равно нулю. Поэтому скорость ротора также равна нулю, ротор неподвижен.

Для пуска ползунки автотрансформатора постепенно перемещают вверх, при этом напряжение, снимаемое с обмоток автотрансформатора и подаваемое на обмотку статора, также постепенно увеличивается. Поэтому скорость двигателя увеличивается.

Пуск закончен, если ползунки автотрансформатора перемещены в крайнее верхнее положение. Когда на обмотку статора подается полное напряжение питающей сети, автотрансформатор не нужен.

В этот момент времени включается линейный контактор КЛ2 и отключается регулировочный КЛ1. При замыкании контактов КЛ2 обмотка статора двигателя подключается к питающей сети «напрямую», а при размыкании контактов КЛ1 автотрансформатор отключается от обмотки статора двигателя (он уже выполнил свою роль).

В схеме на рис. 14.9г использован линейный контактор КЛ и переключатель «звезда»-«треугольник» П. Для пуска включают линейный контактор КЛ, через замыкающиеся контакты которого напряжение питающей сети подается на верхние выводы обмотки статора двигателя АД. После этого переводят переключатель в нижнее положение «звезда». При этом нижние выводы обмотки статора соединяются вместе, в нулевую точку, обмотка статора соединена «звездой» и на статор двигателя подаётся фазное напряжение. В результате преключения с треугольника на звезду пуск приизводится при пониженном напряжении, что спообствует уменьшению пускового тока.

Читайте также:  Нервное напряжении как лечится

После того, как двигатель наберет обороты и перестанет увеличивать скорость, переключатель переводят в верхнее положение «треугольник». Двигатель с броском тока переключается со «звезды» на «треугольник», после чего разгоняется на «треугольнике» до скорости, зависящей от статического момента механизма.

Этот способ нашёл самое широкое применение на судах ввиду его простоты (не требуются резисторы, индуктивные сопротивления или автотранс­форматоры) и эффективности — пусковой ток уменьшается в 3 раза.

Все 4 рассмотренные выше схемы пуска при пониженном напряжении имеют один и тот же принципиальный недостаток: резкое уменьшение пускового момента двигателя, поскольку электромагнитный момент двигателя пропорционален квадрату напряжения.

Источник

Влияние режима напряжения на работу асинхронных электродвигателей

Анализ зависимостей изменения величины дополнительных потей для различных типов двигателей от напряжения на их зажимах показывает что наиболее существенное влияние имеет значение коэффициента загрузки двигателя.

Установлено, что общим для рассмотренных двигателей является увеличение потребляемой реактивной мощности при увеличении подведенного напряжения.

Кроме того, удельное потребление реактивной мощности растет уменьшением коэффициента загрузки.

Для приближенных расчетов можно принимать, что для наибо распространенных трехфазных двигателей серии 4А мощностью 20 — 100 кВт повышение напряжения на 1% приводит к росту реактивной мощности приблизительно на 3%. Для двигателей меньшей номинальной мощности cоответствующее увеличение потреблямой реактивной мощности достигает 5 — 7%

При изменении напряжения на зажимах двигателя изменяется скольжение, а следовательно, и скорость вращения.

При снижении напряжения скорость вращения двигателей заметно снижается, особенно для двигателей меньшей мощности. Наоборот, повышение напряжения приводит к увеличению скорости двигателелей.

При работе двигателей с малыми коэффициентами загрузки влият изменения напряжения на скорость двигателей практически очень мало.

При оценке влияния изменения напряжения на экономичность работы асинхронных двигателей следует учитывать стоимость дополнтельных потерь электроэнергии, вызванных отклонением напряжения увеличение реактивной мощности, потребляемой двигателем, а также изменение экономических показателей, связанных с влиянием изменения скорости вращения на производительность соответствующих механизмов.

В настоящее время отсутствует единая методика оценки экономичности работы асинхронных двигателей. Некоторые специалисты вообще отрицают целесообразность и возможсть практического выполнения подобных расчетов, мотивируя это что изменение активной и реактивной мощности, потребляемой двигателем при относительно небольших отклонениях от номинального напряжения, мало, а влияние изменений скорости двигателей на (производительность механизмов в этих условиях практически вообще отсутствует и не может быть даже замечено.

В то же время имеются данные о том, что правильная оценка влияния изменений напряжения на экономичность работы асинхронных электродвигателей в ряде случаев позволяет получить существенный эффект.

Если влияние скорости вращения двигателя на производительность механизмов имеет место, то напряжение на зажимах двигателей должно поддерживаться не ниже номинального при малых коэффициентах грузки, и в пределах наибольшего допустимого значения при больших коэффициентах загрузки (близких к номинальной).

При отсутствии влияния скорости вращения двигателя на производительность механизмов целесообразно поддерживать напряжение на зажимах двигателей не выше номинального при больших коэффициентах загрузки и ниже номинального при малых коэффициентах загрузки.

Экономические характеристики могут быть построены как для отдельных электроприемников, так и для узлов распределительной сети или для узлов нагрузки электрических систем.

Размещено компанией ООО «ЭЛТЕХКОМ-ЕК» [03.12.2009]

Источник