Аварийный режим работы асинхронного двигателя

Нов-электро

Профессиональный сайт для энергетиков

• Главная
• Вопрос – Ответ
• Документация
  • Инструкции
    • Raychem
    • Schneider Electric
    • Siemens
  • Паспорта
  • Правила
  • Технические регламенты
  • Технологические карты
• Разное
• Справочная
  • Эксплуатационная документация
• Статьи

Инструкция (памятка) по эксплуатации асинхронных электродвигателей до 1000 В.

ПАМЯТКА

по эксплуатации асинхронных электродвигателей напряжением до 1000 В.

1. Общая часть.

1. Асинхронные электродвигатели могут развивать свою номинальную мощность при колебаниях напряжения в сети 5% от номинальной величины и температуре охлаждения воздуха не выше +35 о С.

2. Асинхронные электродвигатели при температуре охлаждающего воздуха ниже +35 о С, после специальных испытаний, могут быть перегружены по току до 5%, при этом температура основных узлов электродвигателя (обмоток, железа, подшипников) не должна превышать значений, указанных ниже.

3. Перегрузка электродвигателя по току белее, чем на 5% не допустима ни при каких температурных режимах.

4. На электродвигателях и приводимых ими механизмов, должны быть нанесены стрелки, указывающие направление их вращения, на пусковом устройстве двигателя должен быть обозначен агрегат, к которому он относится.

5. Конструкция электродвигателя и его пускорегулирующая и измерительная аппаратура по виду исполнения должны соответствовать условиям окружающей среды.

6. Корпус электродвигателей и пусковой аппаратуры должны быть надежно заземлены.

7. Вращающиеся части электродвигателей и части, соединяющие электродвигатели с механизмами (муфты, шкивы) должны иметь ограждения от случайных прикосновений.

8. Корпусы электродвигателей, изготовленные из материалов, подверженных коррозии и не имеющие специальных покрытий (эмаль, оксидирование и т.п.) должны быть окрашены.

9. Для наблюдения за пуском и работой электродвигателей механизмов, регулирование технологического процесса, которых ведется по величине тока, на пусковом щите или панели должен быть установлен амперметр, измеряющий ток в цепи статора электродвигателя.

10. Кабельная муфта или труба с проложенными в ней кабелем должна подходить непосредственно к коробке контактных зажимов электродвигателя, либо кабели или провода на незащищенном участке должны иметь дополнительную изоляцию и защиту от механических повреждений (гибкие металлические провода, ограждения).

2. Эксплуатация электродвигателей.

1. Включение электродвигателей напряжением до 1000 В производится лицом, обслуживающим приводимый в движение механизм.

2. Сборка и разборка электрической схемы электродвигателей для подготовки к пуску или ремонту производится дежурным электромонтером цеха по указанию начальника смены (мастера смены) или лица, ответственного за обслуживание приводимого механизма.

3. Перед включением электродвигателя в работу необходимо проверить: чистоту электродвигателя, отсутствие на нем или вблизи от него посторонних предметов, надежность крепления ограждений, исправность заземления, наличие и затяжку креплений.

4. После включения электродвигателя и во время его работы необходимо проверить:

а) температуру корпуса электродвигателя – нагрев, который не должен превышать 90 о С;

б) температуру нагрева подшипников, которая должна быть не более 90 о С для подшипников качения и 70 о С для подшипников скольжения;

в) смазку подшипников скольжения;

г) вибрацию подшипников электродвигателя, которая при всех допустимых режимах не должна превышать 0,1 мм для электродвигателей 1500 об/мин, 0,05 мм для электродвигателей 3000 об/мин, 0,13 мм для 1000 об/мин, 0,17 мм для электродвигателей 750 об/мин и ниже;

д) осевой разбег роторов электродвигателей должен быть не более 2-4 мм для подшипников скольжения; е) отсутствие стуков и посторонних шумов в подшипниках и двигателе;

ж) нагрузку электродвигателей (по амперметрам, если таковые есть);

е) работу контактных колец и щеток на электродвигателях с фазным ротором.

5. Электродвигатели, не обеспечивающие пуск механизмов по нагрузкой, должны включаться после разгрузки приводимых механизмов.

6. Электродвигатели, длительное время находящиеся в резерве, должны быть постоянно готовы к немедленному пуску, периодически осматриваться и опробоваться по утвержденному графику.

7. Проверка состояния и режимов работы двигателей оперативным персоналом (дежурным электромонтером) проводится во время обходов оборудования, но не реже 2-х рах в смену.

8. О всех замеченных дефектах и ненормальной работе электродвигателей должна быть сделана запись в оперативном журнале и журнале дефектов оборудования, поставлен в известность начальник смены, а в дневное время энергетик цеха.

9. Малые дефекты и неисправности устраняются дежурным электромонтеров с соблюдением соответствующих правил безопасности.

10. Электродвигатель аварийно (немедленно) отключается от сети в случаях:

а) появления дыма или огня из электродвигателя или его пуско-регулирующей аппаратуры;

б) несчастного случая с человеком;

в) вибрации сверх допустимых норм, угрожающей целостности электродвигателя;

г) поломки приводимого механизма;

д) сильного снижения оборотов, сопровождаемое сильным нагревом электродвигателя.

В остальных случаях электродвигатель отключается от сети после пуска резервного агрегата или по разрешению начальника смены.

11. Защита электродвигателя должна быть выполнена в соответствии с «Правилами устройства электроустановок».

Плавкие вставки предохранителей, защищающие силовые и цепи управления, должны быть калиброванными с указанием номинального тока.

Применять некалиброванные плавкие вставки без маркировки величины номинального тока запрещается.

12. Перед включением в работу электродвигателей, ответственных позиций или длительное время находящихся в резерве (от месяца и более), необходимо проверять сопротивление изоляции обмоток двигателей мегомметром в соответствии с «Правилами эксплуатации электроустановок потребителей» (ПТЭЭП). Сопротивление должно быть не менее 1 МОм, для горячих машин не менее 0,5 МОм.

У электродвигателей мощность выше 100 кВт замеряется коэффициент абсорбции, величина которых составляет не менее 1,3.

3. Техника безопасности при обслуживании электродвигателей.

При обслуживании электродвигателей должны соблюдаться следующие правила:

1. Женщины при обслуживании электродвигателей должны надевать головной убор и спецодежду. Обслуживание агрегатов с электроприводом в женском платье не допускается.

2. При работе электродвигателя запрещается снимать ограждения и проникать за них.

3. Изолирование колец ротора допускается производить лишь при помощи колодок из изолированного материала.

4. Запрещается проводить какие-либо работы в цепях работающих (вращающихся) электродвигателей и их пуско-регулирующей аппаратуре, за исключением работ в цепи реостата и испытательных работ, проводимых по специальным утвержденным программам, в которых предусматриваются необходимые меры безопасности.

5. Открывать пусковые устройства (шкафы, ящики и т.п.), находящиеся под напряжением для производства их осмотра, разрешается только оперативному персоналу с группой по электробезопасности не ниже III.

6. Работа в пусковых устройствах может производиться при полном мнятии напряжения.

7. Подготовка к ремонту электродвигателя и допуску к работе ремонтного персонала должны производиться в строгом соответствии с правилами безопасности, при этом следует обращать внимание на исключение возможности вращения вала (статора) электродвигателя со стороны приводимого механизма.

8. При ремонте приводного механизма, электродвигатель должен быть отключен от сети, схема его полностью разбирается, питающий кабель отключается от электродвигателя и на его концах устанавливается переносное заземление. При невозможности установки переносного заземления на концах кабеля, все его токоведущие части соединяются вместе при помощи болта и изолируются. На всех приводах, ключах, кнопках, которыми может быть подано напряжение на двигатель ремонтируемого механизма, должны быть поставлены запоры и вывешены плакаты в соответствии с правилами безопасности.

9. Ремонт электродвигателей и испытание изоляции их обмоток производится в сроки, предусмотренные графиком ППР. Ремонт электродвигателей и их пуско-регулирующей аппаратуры производится, как правило, с ремонтом приводного механизма.

Ненормальные режимы работы электродвигателей. Виды защиты от них

Все учитываемые ненормальные режимы работы электродвигателя сопровождаются прохождением сверхтока в его обмотке. Опасно, прежде всего, тепловое действие сверхтока, которое определяет допустимые значения и продолжительность прохождения сверхтока. Чем больше кратность k тока перегрузки относительно номинального тока, тем меньше допустимое время перегрузки

где А — коэффициент, зависящий от типа и исполнения электродвигателя. Для закрытых электродвигателей с большими массой и размерами А=250; для открытых А=150.

Основными причинами возникновения сверхтоков являются технологические перегрузки приводимых во вращение механизмов, понижение напряжения в питающей сети и последующее его восстановление, и обрыв одной фазы обмотки статора. Для синхронных электродвигателей причиной появления сверхтока является также асинхронный режим.

Сверхтоки технологической перегрузки. В условиях эксплуатации некоторые электродвигатели перегружаются приводимыми в движение механизмами. При недопустимой длительности перегрузки электродвигатель должен быть разгружен. Технологические перегрузки могут устраняться автоматически или обслуживающим персоналом без останова механизма или только после его останова (например, завал угля в дробилке), поэтому защита от перегрузки имеет выдержку времени и может выполняться с действием на автоматическую разгрузку механизма, на сигнал или на отключение электродвигателя.

Сверхтоки при понижении напряжения. Момент вращения электродвигателя зависит от напряжения Uc на его выводах. Так, для асинхронного электродвигателя , поэтому понижение напряжения Uс, например при коротком замыкании в питающей сети, приводит к снижению момента вращения и уменьшению числа оборотов электродвигателя. Он может даже остановиться, если вращающий момент станет меньше противодействующего момента механизма. Последующее восстановление нормальной работы (самозапуск) при возрастании напряжения после отключения короткого замыкания сопровождается прохождением по обмоткам сверхтоков самозапуска. Токи самозапуска для большинства электродвигателей опасности не представляют, так как режим самозапуска кратковременен. Однако при одновременном самозапуске многих электродвигателей, подключенных к одной и той же сети, в ряде случаев начальное значение восстанавливающегося напряжения оказывается что затрудняет восстановление нормальной работы. Поэтому часть менее ответственных электродвигателей при понижении напряжения должна отключаться минимальной защитой напряжения, чтобы облегчить самозапуск более ответственных электродвигателей. При недостаточной мощности источника питания наряду с неответственными необходимо отключать и часть ответственных механизмов. Они обратно включаются устройством АПВ по окончании самозапуска неотключенных электродвигателей. Минимальную защиту напряжения необходимо также устанавливать на электродвигателях механизмов, самозапуск которых недопустим по условиям технологического процесса или по условиям техники безопасности.

Сверхтоки при обрыве фазы. Сверхтоки, вызываемые обрывом фазы, наиболее часто возникают при защите электродвигателя или его питающей сети плавкими предохранителями. При этом вращающий момент уменьшается. Поведение работающего электродвигателя после обрыва фазы (работа с пониженной скоростью или торможение) зависит от противодействующего момента механизма. Если к сети с оборванной фазой подключается неподвижный электродвигатель, то, поскольку он развернуться не может, по его обмотке может длительно проходить опасный для него начальный пусковой ток. Перегорание предохранителя в одной фазе или нарушение контакта в одном полюсе коммутационного аппарата при правильном выборе предохранителей и высокой культуре эксплуатации электрооборудования происходят очень редко. Поэтому обычно специальная защита от работы электродвигателя на двух фазах не устанавливается, а ее функции выполняют другие защиты от перегрузок.

Применение защиты от обрыва фазы оправдано, если электродвигатель работает в длительном режиме с большой нагрузкой без постоянного наблюдения персонала, а повреждение электродвигателя влечет за собой существенный ущерб.

Необходимо заметить, что токовые защиты от перегрузки часто отказывают в действии при обрыве фазных проводов. Этим объясняются многочисленные предложения по совершенствованию существующих и разработке новых устройств защиты от обрыва проводов и перегрузки. Очевидно, наиболее универсальной защитой электродвигателей напряжением до 1 кВ от всех ненормальных режимов, сопровождающихся возрастанием тока и в связи с этим интенсивным нагревом электродвигателя, является встроенная температурная защита.

Сверхтоки синхронных электродвигателей при асинхронном режиме. Из рассмотрения упрощенного выражения момента вращения синхронного электродвигателя следует, что устойчивая работа синхронного электродвигателя возможна только при механических нагрузках, при которых угол δ между напряжением сети Uc. и ЭДС электродвигателя Eq не превышает . Дальнейшее увеличение нагрузки сопровождается переходом за угол снижением момента вращения и возникновением асинхронного режима. Причинами уменьшения момента вращения и возникновения в связи с этим асинхронного режима являются также снижение напряжения Uc и уменьшение тока возбуждения электродвигателя. При асинхронном режиме ток статора возрастает, а ротор и приводимый в движение механизм подвергаются действию знакопеременного момента, что может привести к их повреждению.
Синхронные электродвигатели напряжением до 1 кВ не имеют специальной защиты от асинхронного режима. Ее функции, как правило, выполняют защиты от перегрузки по току статора. Специальная защита предусматривается на синхронных электродвигателях напряжением выше 1 кВ. Ее стремятся выполнить с действием на устройства, восстанавливающие синхронную работу электродвигателя, например на устройство ресинхронизации или на автоматическую разгрузку механизма. Защита может действовать и на отключение с повторным автоматическим пуском. При невозможности ресинхронизации или разгрузки электродвигателя защита действует на отключение. Во всех случаях ее выполняют с выдержкой времени.

Опасно для синхронных электродвигателей также и несинхронное включение, которое может иметь место при работе устройств АПВ и АВР источников питания. Для двигателей, не допускающих такого включения, предусматривается защита, отключающая их при выявлении факта потери питания. Действие защиты может сопровождаться не отключением электродвигателей, а их ресинхронизацией.
Защиты электродвигателей выполняются на основе отдельных электромеханических и полупроводниковых реле. Эти защиты обычно нечувствительны к неполнофазным режимам, к витковым замыканиям, они не учитывают возможности появления ряда режимов опасных для электродвигателей, таких, например, как процесс старения изоляции, недовозбуждение и перевозбуждение синхронных электродвигателей, перенапряжения и др. В связи с этим ведутся работы по созданию специализированных комплектов релейной защиты отдельных объектов, более точно учитывающих режимы работы и перегрузочные характеристики защищаемого оборудования. Для электродвигателей выше 1 кВ такой защитой является, например, многофункциональное устройство ЗРКД1. Оно предназначено для защиты при следующих аварийных и ненормальных режимах работы электродвигателя: междуфазных к. з. на выводах и в обмотке, замыканиях на землю, в том числе двойных замыканиях; витковых замыканиях обмоток статора, обрывах фазы статора; перегрузках; асинхронном режиме синхронного электродвигателя; снижениях напряжения питающей сети и потере питания.

При повреждении электродвигателя ответственного механизма может нарушаться технологический процесс, что в ряде случаев недопустимо Технологический процесс не нарушится, если ввести в работу резервный механизм. Для этого применяют устройство АВР электродвигателя резервною механизма. Оно действует не только при отключении электродвигателя основного механизма, но и при недопустимом отклонении параметров технологическою процесса.

Аварийные ситуации в работе асинхронного двигателя и методы защиты

Асинхронный двигатель является наиболее надёжным из всех электродвигателей. Он просто устроен, поэтому при правильной эксплуатации может прослужить очень долго. Но чтобы это произошло, потребуется защита от тех или иных проблем, которые могут сократить срок его службы. Если случается аварийный режим необходимо своевременно и быстро отключить электродвигатель, чтобы авария не получила разрушительного развития.

Наиболее распространёнными аварийными ситуациями и соответствующими им видами защиты являются:

• Короткие замыкания. В такой ситуации превышение заданных величин токов в обмотках должно вызвать срабатывание защиты, которая выполнит отключение от сети.
• Перегрузка, в результате которой температура всего движка увеличивается.
• Проблемы с напряжением, которое либо уменьшается, либо пропадает.
• Исчезновение напряжения на одной из фаз.

В схемах защиты используются плавкие предохранители, реле и магнитные пускатели с автоматическими выключателями. Схема может быть построена таким образом, что будет выполняться сразу несколько видов защиты асинхронного двигателя. Например, могут быть использованы автоматические выключатели с коммутациями и при перегрузках, и при коротких замыканиях. Плавкие предохранители имеют одноразовое действие и требуют вмешательства оператора для замены.

Реле и магнитные пускатели срабатывают многократно, но могут отличаться по способу восстановления исходного состояния. Для них возможен либо автоматический самовозврат, либо установка вручную. Защиту надо выбирать, основываясь на:

• предназначении привода, в котором работает асинхронный двигатель;
• электромеханических параметрах привода;
• условиях окружающей среды;
• возможности обслуживания персоналом.
• Главными качествами защиты должна быть простота в эксплуатации и надёжность.

Любой асинхронный двигатель должен иметь защиту от коротких замыканий. При этом она должна быть спроектирована и настроена с учётом тока пуска и торможения, которые могут превышать номинальный ток почти в десять раз. Но необходимо учитывать и возможность замыканий в обмотке движка в разных местах. При таких ситуациях защитное срабатывание должно произойти при величине тока меньшей, чем при пуске асинхронного двигателя. Поскольку такие требования противоречат друг другу защиту приходится делать с задержкой отключения. Если за это время ток, который двигатель потребляет из сети, существенно увеличится, она сработает.

Требования к защите при коротких замыканиях в асинхронных двигателях заложены в ПУЭ, которые требуют следующее (показано на изображении ниже).

• Место установки – перед зажимами движка на ответвлении к нему.
• Надёжное отключение при коротких замыканиях на его зажимах.

Точки на изображении:

• К1 – однофазное замыкание на землю в сетях с заземлением нейтрали;
• К2 – двухфазное замыкание;
• К3 – трёхфазное короткое замыкание.

Ток перегрузки движка надо учитывать только в тех приводах, в которых возможны нарушения нормального технологического процесса с большими внешними усилиями, приложенными к валу. При этом надо учитывать перегрузочную способность электродвигателя. Если защита от перегрузки срабатывает слишком часто, вероятнее всего то, что мощность движка не соответствует назначению. В таких случаях недопустимы ложные срабатывания, которые устраняются правильным выбором и качественной регулировкой компонентов защиты.

Короткие замыкания и защита от перегрузок

Простейшая защита от замыканий содержит только плавкие предохранители. Они применяются в диапазоне мощностей двигателей до 100 кВт. Однако при их использование возможно перегорание не всех трёх предохранителей. Поэтому движок может искусственно оказаться с одной или двумя отключенными фазными обмотками. В зависимости от назначения электропривода существуют разные критерии выбора предохранителей.

Если у привода нагрузка вентиляторного типа, для которой характерен лёгкий пуск, номинальный ток плавкой вставки выбирается не менее 40% от величины пускового тока. Этот критерий применим для металлорежущих станков, вентиляторов, насосов и т.п. у которых переходный процесс длится от двух до пяти секунд. Если время переходного процесса более длительное от десяти до двадцати секунд номинальный ток плавкой вставки должен быть не менее 50% от величины пускового тока. Этот критерий применим для приводов с валом заторможенных нагрузкой. К ним можно отнести дробилки, центрифуги, шаровые мельницы.

Если имеется группа из нескольких электродвигателей, предохранители ставятся на каждый из них и на распределительный щит. На нём в каждой фазе устанавливается предохранитель с номинальным током равным сумме номинальных токов предохранителей всех движков. Если величина пускового тока не известна, а мощность Р асинхронного двигателя менее 100 кВт, можно выбрать приблизительное значение номинального тока I предохранителя таким способом:

• при напряжении 500 Вольт I=4,5Р;
• при напряжении 380 Вольт I=6Р;
• при напряжении 220 Вольт I=10,5Р.

Для более точного срабатывания и для всего диапазона мощностей асинхронных двигателей применяются схемы защиты с реле. Такие схемы позволяют учесть токи пуска и торможения и не реагировать на них. Срабатывание реле приводит к выключению магнитного пускателя и обесточиванию двигателя. Эти так называемые «максимальные» реле в зависимости от конструкции имеют катушку, рассчитанную на токи от десятых долей Ампера до сотен Ампер, а так же контакты, отключающие ток в катушке магнитного пускателя.

Погрешность их срабатывания обычно не превышает десяти процентов. Возврат в исходное состояние конструктивно наиболее часто сделан вручную. Типовая схема защиты показана на изображении. РМ – обозначения максимальных реле, Л – обозначение магнитного пускателя.

Максимальные реле также применяются и для защиты от перегрузки. Но при этом в схему вводится реле времени, которое позволяет сделать настройку её без учёта пусковых токов.

Тепловая защита

Тепловое реле является альтернативным способом защиты электродвигателя с определённой инерцией срабатывания. Принцип действия основан на использовании биметаллической пластины, которая нагревается током обмоток двигателя. Деформация пластины приводит к срабатыванию контактов, необходимых для отключения движка.

Надёжность такой защиты зависит от подобия тепловых процессов в реле и в двигателе. Такое возможно только при достаточно длительном перерыве между включениями и выключениями движка. Условия окружающей среды для двигателя и для элементов тепловой защиты должны быть одинаковыми.

Скорость срабатывания тепловых реле тем меньше, чем больше ток, протекающий через нагревательные элементы или же саму пластину в зависимости от конструкции. При больших значениях токов в обмотках асинхронного двигателя подключение выполняется с использованием трансформаторов тока. Существуют модели магнитных пускателей со встроенными в них тепловыми реле.

Основными электрическими параметрами являются

• номинальное напряжение. Это максимальное напряжение в сети допустимое для использования реле.
• Номинальный ток, при котором реле работает длительно и не срабатывает при этом.

Тепловая защита не способна реагировать на токи короткого замыкания и недопустимые кратковременные перегрузки. Поэтому её надо использовать совместно хотя бы с плавкими предохранителями.

Более совершенной разновидностью защиты электродвигателя от недопустимого нагрева является схема с использованием специального датчика тепла. Такой тепловой сенсор располагается на самом движке в том или ином месте. Некоторые модели двигателей имеют встроенный биметаллический сенсор – контакт, подключаемый к защите.

Понижение напряжения и пропадание фазы

Полностью нагруженный асинхронный двигатель, работающий при пониженном напряжении, быстро нагревается. Если в нём есть встроенный тепловой сенсор, сработает тепловая защита. Если такового нет, необходима защита от понижения напряжения. Для этих целей служат реле, которые срабатывают при снижении напряжения и подают сигнал на отключение движка. На схеме ниже это РН.

Восстановление исходного состояния защиты обычно выполняется вручную или автоматически, но с задержкой во времени для каждого двигателя при их группе. Иначе одновременный групповой запуск после восстановления опять-таки может вызвать повторное понижение напряжения в сети и новое отключение.

Специальная защита от пропадания фазы, то есть от работы только на двух фазах ПУЭ предусматривает только в таких приводах, где возможны неприемлемые по своей тяжести последствия. Экономически целесообразно не изготовление и установка такой защиты, а ликвидация причин, приводящих к такому режиму работы.

Самыми последними техническими решениями в построении защиты электродвигателей являются автоматические выключатели с воздушным гашением дуги. Некоторые модели совмещают в себе возможности рубильника, контактора, максимального и теплового реле и выполняют соответствующие защитные функции. В таком автомате контакты размыкаются мощной взведенной пружиной. Освобождение её происходит в зависимости от типа исполнительного элемента — электромагнитного или теплового.

Основные характеристики асинхронных электродвигателей

Что это такое

Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя довольно прост. На обмотку статора подается питающее напряжение, которое создает магнитный поток, в каждой фазе он будет смещен на 120 градусов. При этом суммирующий магнитный поток будет вращающимся.

Обмотка ротора является замкнутым контуром, в ней наводится ЭДС и возникающий магнитный поток придает вращение ротору, в направлении движения магнитного потока статора. Вращающий электромагнитный момент пытается уравнять скорости вращения магнитных полей статора и ротора.

Величина определяющая разность скоростей вращения магнитных полей ротора и статора, называется скольжение. Так как ротор асинхронного двигателя всегда вращается медленнее, чем поле статора — оно обычно меньше единицы. Может измеряться в относительных единицах или процентах.

Высчитывается она по формуле:

где n1— это частота вращения магнитного поля, n2 – частота вращения магнитного поля ротора.

Скольжение, это важная характеристика, характеризующая нормальную работу асинхронного электродвигателя.

ЭЛЕКТРОДВИЖУЩИЕ СИЛЫ ОБМОТОК СТАТОРА И РОТОРА

Если ротор неподвижен, в обмотках статора и ротора, как в первичной и вторичной обмотках трансформатора, наводятся э. д. с:

Отличие только в том, что коэффициентами Ʀ

1и
Ʀ
2приходится учитывать особенности обмоток, распределенных по цилиндрической поверхности статора и ротора. При вращении ротора его э. д. с. все время меняется, так как
f
2 =
f
1s.Тогда э. д. с. вращающегося ротора

Эту э. д. с. принято выражать через э. д. с. неподвижного ротора

2s =
E
2
s
Следовательно, э. д. с. ротора сильно меняется в процессе работы двигателя. При s

Величина скольжения в разных режимах работы

В режиме холостого хода скольжение близко к нулю и составляет 2-3%, ввиду того, что n1 почти равняется n2. Нулю оно не может быть равным, потому как в этом случае поле статора не пересекает поле ротора, простыми словами, двигатель не вращается и питающее на него напряжение не подается.

Даже в режиме идеального холостого хода, величина скольжения, выраженная в процентах, не будет равной нулю. S может принимать и отрицательные значения, в том случае, когда электродвигатель работает в генераторном режиме.

В генераторном режиме (вращение ротора противоположно направлению поля статора) скольжение ЭД будет в значениях -∞

Также существует режим электромагнитного торможения (противовключения ротора), в этом режиме скольжение принимает значение больше единицы, со знаком плюс.

Значение частоты тока в обмотках ротора равно частоте тока сети только в момент пуска. При номинальной нагрузке частота тока будет определяться по формуле:

где f1 – частота тока, подаваемого на обмотки статора, а S — скольжение.

Частота тока ротора прямо пропорциональна его индуктивному сопротивлению. Таким образом, проявляется зависимость тока в роторе от скольжения АД. Вращающий момент электродвигателя зависит от величины S, так как определяется значениями величин магнитного потока, тока, углом сдвига между ЭДС и током ротора.

Поэтому, для детального исследования характеристик АД устанавливается зависимость, изображенная на рисунке выше. Таким образом, изменение момента (при различных значениях скольжения) в АД с фазным ротором может регулироваться путем ввода сопротивления в цепь обмоток ротора. В электродвигателях с короткозамкнутым ротором момент вращения регулируется или с помощью преобразователей частоты или использованием двигателей с переменными характеристиками.

При номинальной нагрузке электродвигателя значение скольжения будет в диапазоне 8%-2% (для двигателей малой и средней мощности), номинальное скольжение.

При увеличении нагрузки на валу (момента на валу) будет увеличиваться скольжение, простым языком, магнитное поле ротора будет все сильнее отставать (тормозить) от магнитного поля статора. Увеличение скольжения (S) приведет к пропорциональному увеличению тока ротора, следовательно, пропорционально увеличится момент. Но при этом увеличиваются активные потери в роторе (увеличивается сопротивление), которые уменьшают рост силы тока, поэтому момент увеличивается медленнее, чем скольжение.

При определенной величине скольжения момент достигнет максимального значения, потом начнет снижаться. Величину, при которой момент будет максимальным, называют критической (Sкр).

В графической форме механическую характеристику асинхронного электродвигателя можно выразить с помощью формулы Клосса:

где, Мк — это критический момент, который определяется критическим скольжением электродвигателя.

График строится исходя из характеристик, указанных в паспорте АД. При возникновении вопросов по приводу, в качестве движителя, использующего асинхронный электродвигатель, используется данный график.

Критический момент определяет величину допустимой мгновенной перегрузки электродвигателя. При развитии момента более критического (следовательно, более критического скольжения) происходит, так называемое, опрокидывание электродвигателя и двигатель останавливается. Опрокидывание — один из аварийных режимов.

ЧАСТОТА Э. Д. С. И ТОКА В ОБМОТКЕ РОТОРА

Магнитный поток вращается со скоростью п

1,ротор — со скоростью
п
2
.
Частота э. д. с. и тока в роторе, очевидно, пропорциональна скорости вращения потока относительно ротора, т. е. величине
п
1—
п
2 . Тогда

2 = (
p
(
п
1))/60 =
pn
1
s
/60 =
f
1
s
При неподвижном роторе f

2 =
f
1 • 1=
f
1если ротор вращается синхронно,
f
2=
f
1 • 0
= 0.
При номинальной скорости вращения, т. е. при
s
H≈ 2—4%, частота
f
2 очень мала:
f
2 =
f
1
s
= 50•0,02÷50•0,04, т. е. 1—2
гц.

Способы измерения

Существует несколько способов измерения скольжения асинхронного двигателя. Если частота вращения значительно отличается от синхронной, то ее можно измерить с помощью тахометра или тахогенератора, подключенного на валу ЭД.

Вариант измерения стробоскопическим методом с помощью неоновой лампы подходит при величине скольжения не более 5%. Для этого на валу двигателя либо наносят мелом специальную черту, либо устанавливают специальный стробоскопический диск. Освещают их неоновой лампой, и отсчитывают вращение за определенное время, потом, по специальным формулам производят вычисления. Также возможно использование полноценного стробоскопа, подобно тому что показано ниже.

Подключение асинхронного двигателя

Трехфазный переменный ток

Электрическая сеть трехфазного переменного тока получила наиболее широкое распространение среди электрических систем передачи энергии. Главным преимуществом трехфазной системы по сравнению с однофазной и двухфазной системами является ее экономичность. В трехфазной цепи энергия передается по трем проводам, а токи текущие в разных проводах сдвинуты относительно друг друга по фазе на 120°, при этом синусоидальные ЭДС на разных фазах имеют одинаковую частоту и амплитуду.

Трехфазный ток (разница фаз 120°)

Звезда и треугольник

Трехфазная обмотка статора электродвигателя соединяется по схеме «звезда» или «треугольник» в зависимости от напряжения питания сети. Концы трехфазной обмотки могут быть: соединены внутри электродвигателя (из двигателя выходит три провода), выведены наружу (выходит шесть проводов), выведены в распределительную коробку (в коробку выходит шесть проводов, из коробки три).

Фазное напряжение

— разница потенциалов между началом и концом одной фазы. Другое определение для соединения «звезда»: фазное напряжение это разница потенциалов между линейным проводом и нейтралью (обратите внимание, что у схемы «треугольник» отсутствует нейтраль).

Линейное напряжение

— разность потенциалов между двумя линейными проводами (между фазами).

Звезда	Треугольник	Обозначение
Uл, Uф — линейное и фазовое напряжение, В,
Iл, Iф — линейный и фазовый ток, А,
S — полная мощность, Вт
P — активная мощность, Вт

Внимание: Несмотря на то, что мощность для соединений в звезду и треугольник вычисляется по одной формуле, подключение одного и того же электродвигателя разным способом в одну и туже электрическую сеть приведет к потреблению разной мощности. При этом не правильное подключение электродвигателя, может привести к расплавлению обмоток статора.

Пример: Допустим электродвигатель был подключен по схеме «звезда» к трехфазной сети переменного тока Uл=380 В (соответственно Uф=220 В) и потреблял ток Iл=1 А. Полная потребляемая мощность: S = 1,73∙380∙1 = 658 Вт.

Теперь изменим схему соединения на «треугольник», линейное напряжение останется таким же Uл=380 В, а фазовое напряжение увеличится в корень из 3 раз Uф=Uл=380 В. Увеличение фазового напряжения приведет к увеличению фазового тока в корень из 3 раз. Таким образом линейный ток схемы «треугольник» будет в три раза больше линейного тока схемы «звезда». А следовательно и потребляемая мощность будет в 3 раза больше:

S = 1,73∙380∙3 = 1975 Вт.

Таким образом, если двигатель рассчитан на подключение к трехфазной сети переменного тока по схеме «звезда», подключение данного электродвигателя по схеме «треугольник» может привести к его поломке.

Если в нормальном режиме электродвигатель подключен по схеме «треугольник», то для уменьшения пусковых токов на время пуска его можно соединить по схеме звезда. При этом вместе с пусковым током уменьшится также пусковой момент.

Подключение электродвигателя по схеме звезда и треугольник

Обозначение выводов статора трехфазного электродвигателя

Обозначение выводов обмоток статора вновь разрабатываемых

трехфазных машин согласно
ГОСТ 26772-85
[2]

Схема соединения обмоток, наименование фазы и вывода	Обозначение вывода
	Начало	Конец
Открытая схема (число выводов 6)
первая фаза	U1	U2
вторая фаза	V1	V2
третья фаза	W1	W2
Соединение в звезду (число выводов 3 или 4)
первая фаза	U
вторая фаза	V
третья фаза	W
точка звезды (нулевая точка)	N
Соединение в треугольник (число выводов 3)
первый вывод	U
второй вывод	V
третий вывод	W

Обозначение выводов обмоток статора ранее разработанных

и модернизируемых трехфазных машин согласно
ГОСТ 26772-85

Схема соединения обмоток, наименование фазы и вывода	Обозначение вывода
	Начало	Конец
Открытая схема (число выводов 6)
первая фаза	C1	C4
вторая фаза	C2	C5
третья фаза	C3	C6
Соединение звездой (число выводов 3 или 4)
первая фаза	C1
вторая фаза	C2
третья фаза	C3
нулевая точка
Соединение треугольником (число выводов 3)
первый вывод	C1
второй вывод	C2
третий вывод	C3

Подключение трехфазного асинхронного двигателя к однофазной сети с помощью фазосдвигающего элемента

Трехфазные асинхронные электродвигатели могут быть подключены к однофазной сети с помощью фазосдвигаюших элементов. При этом электродвигатель будет работать либо в режиме однофазного двигателя с пусковой обмоткой (рисунок а, б, г) либо в режиме конденсаторного двигателя с постоянно включенным рабочим конденсатором (рисунок в, д, е).

Схемы подключения трехфазного асинхронного электродвигателя к однофазной сети

Схемы приведенные на рисунке «а», «б», «д» применяются, когда выведены все шесть концов обмотки. Электродвигатели с соединением обмоток согласно схемам «а», «б», «г» практически равноценны двигателям, которые спроектированы как однофазные электродвигатели с пусковой обмоткой. Номинальная мощность при этом состовляет 40-50% от мощности в трехфазном режиме, а при работе с рабочим конденсатором 75-80%.

Емкость рабочего конденсатора при частоте тока 50 Гц для схем «в», «д», «е» примерно рассчитывается соответственно по формулам:

• ,где Cраб — емкость рабочего конденсатора, мкФ,
• Iном – номинальный (фазный) ток статора трехфазного двигателя, А,
• U1 – напряжение однофазной сети, В.