Проблемные режимы работы судовых асинхронных двигателей

теги:



Реверс асинхронного двигателя осуществляется изменением на-правления вращения поля статора. Это достигается изменением по-рядка чередования фаз обмотки статора, для чего необходимо поменять местами любые две фазы из трех, подводящих питание к статорной обмотке. Однако следует иметь в виду, что реверс при номинальной скорости является тяжелым переходным режимом, который сопровождается большими бросками тока и резкими механическими колебаниями. Поэтому при изменении направления вращения двигателя необходимо сначала его остановить, затем изменить чередование фаз, после чего осуществить пуск.

На практике при сборке схемы двигателя может быть допущена ошибка в определении начала и конца одной из фаз обмотки статора, и она будет присоединена к остальным фазам неправильно, то есть окажется «вывернутой» по отношению к двум другим фазам. Наличие такой «вывернутой» фазы представляет собой одну из серьезных неисправностей в работе машины. М.д.с. фаз при этом окажутся под углом 60 друг к другу, а не 120 , как должно быть, и будут создавать не круговое, а резко выраженное эллиптическое поле, в котором преобладают высшие гармонические составляющие.

Вследствие этого механическая характеристика двигателя будет искажена, при пуске двигатель не сможет достигнуть номинальной скорости, а его работа будет сопровождаться сильным гудением, вибрацией и быстрым нагревом всех частей даже при малой нагрузке



В процессе эксплуатации асинхронных двигателей довольно часто возникают аварийные ситуации, связанные с обрывом цепи одной из фаз обмотки статора. Когда такой обрыв происходит у работающего двигателя, то он будет продолжать работать, но уже в режиме однофазного асинхронного двигателя. В действии вместо трех фаз останется только две, поэтому сохранение развиваемой мощности двигателя возможно лишь за счет увеличения скольжения и тока в оставшихся двух фазах. Если до обрыва цепи одной фазы нагрузка была номинальной, то после обрыва оставшиеся фазы окажутся перегруженными по току и двигатель может выйти из строя из-за перегрева обмотки статора.

Если обрыв цепи фазы или обрыв линейного провода произошел до того, как двигатель был включен в работу, то пуск его в большинстве случаев невозможен, поскольку оставшиеся фазы создают не вращающееся, а пульсирующее магнитное поле и пусковой момент равен нулю. Исключение составляет случай, когда обрыв происходит в цепи одной из фаз обмотки статора, соединенной в «треугольник». Двигатель при этом становится не однофазным, а двухфазным со сдвигом фаз обмотки статора и их м.д.с. под углом 1200. В таком двигателе обмотка статора создает не пульсирующее, а вращающееся эллиптическое магнитное поле. Если момент сопротивления на валу не велик, то двигатель можно запустить, но он будет работать с повышенным шумом, при большом скольжении с вероятностью быстрого перегрева и опасностью выхода из строя.



Улучшение пусковых свойств асинхронных двигателей находится под постоянным вниманием специалистов, занимающихся асинхронным электроприводом. Одним из перспективных конструктивных решений является асинхронный трехфазный двигатель с массивным ферромагнитным или двухслойным ротором. Известны специфические качественные показатели асинхронного двигателя с массивным ротором – хорошие пусковые характеристики, практически отсутствие зубцовой пульсации вращающего момента, высокое электрическое сопротивление роторной цепи. Однако эти двигатели имеют низкие энергетические показатели при номинальной нагрузке. Асинхронные двигатели с двухслойным ротором представляют собой модификацию асинхронного двигателя с массивным ротором и имеют по сравнению с ними приемлемые потери при номинальной мощности и сохраняют хорошие пусковые свойства.

Двухслойный ротор представляет собой полый массивный ферромагнитный цилиндр, выполненный из материала с оптимальным значением магнитной проницаемости, насаженный на цилиндр, набранный из листов обычной электротехнической стали, у которой магнитная проницаемость значительно больше магнитной проницаемости материала цилиндра (рис. 1).

Толщина массивного цилиндра приблизительно равна высоте зубца обычного короткозамкнутого ротора. В области больших скольжений электромагнитные процессы в двухслойном роторе не отличаются  от электромагнитных процессов в массивном роторе.

Это объясняется тем, что при больших скольжениях глубина проникновения электромагнитной волны в тело ротора меньше толщины массивного цилиндра (рис.1,а).

В этом случае в шихтованный цилиндр магнитное поле не проникает и он не оказывает влияния на работу двигателя. Следовательно, двигатель с двухслойным ротором, как и двигатель с массивным ротором, будет иметь большой начальный пусковой момент при малом начальном пусковом токе, а также малые потери энергии при пуске.

Конструкция ротора асинхронного двигателя с двухслойным ротором: 1 – рабочий цилиндр; 2 – шихтованный сердечник; 3 – короткозамыкающее кольцо; 4 – вал.

Рис. 1 —  Конструкция ротора асинхронного двигателя с двухслойным ротором: 1 – рабочий цилиндр; 2 – шихтованный сердечник; 3 – короткозамыкающее кольцо; 4 – вал.

В области малых скольжений, когда глубина проникновения электромагнитной волны в тело ротора станет больше толщины массивного цилиндра, работа электродвигателя с двухслойным ротором будет отличаться от работы двигателя с массивным ротором (рис.1,б). Основное магнитное поле в этом случае будет смещено в шихтованную часть, так как магнитное сопротивление ее много меньше, чем магнитное сопротивление массивного рабочего цилиндра. Вследствие этого в массивном цилиндре возрастет нормальная составляющая и уменьшится тангенциальная составляющая магнитной индукции. Увеличение нормальной составлявшей магнитной индукции основного магнитного поля приведет к увеличению ЭДС в массивном цилиндре и, следовательно, вращающего момента двигателя при прочих равных условиях. Таким образом, жесткость механической характеристики возрастет, что приведет к повышению КПД двигателя.

Уменьшение тангенциальной составляющей магнитной индукции основного поля в массивном цилиндре, обусловленное вытеснением поля из области с большим магнитным сопротивлением в область с малым магнитным сопротивлением, приведет к уменьшению намагничивающего тока и, следовательно, к увеличению  сosφ.

В короткозамкнутых асинхронных двигателях общего назначения паз ротора, как правило, имеет овальное сечение и заливается алюминием. Известно, что такие обмотки не всегда обеспечивают требуемые пусковые характеристики, поэтому с целью улучшения пусковых свойств применяются роторы специального исполнения: с литой двойной клеткой, с обычной клеткой и заливкой сплавами алюминия с большим удельным электрическим сопротивлением, со сварной двойной клеткой и различными материалами клеток и т.д.

Механическиехарактеристики АД с различными роторами:  1 – ротор без вытеснения тока в клетке; 2 – ротор с двойной клеткой; 3 – ротор с глубоким пазом; 4 – двухслойный ротор

Рис. 2 - Механические характеристики АД с различными роторами: 1 – ротор без вытеснения тока в клетке; 2 – ротор с двойной клеткой; 3 – ротор с глубоким пазом; 4 – двухслойный ротор

Для сравнительной оценки на рис.2 приведены механические характеристики асинхронного двигателя с различными роторами. Как видно, применение роторов с двойной клеткой или с глубоким пазом не решает полностью проблемы пуска асинхронных двигателей. Кроме того, из–за увеличения пазового рассеяния ротора эти двигатели имеют меньший cosφ при номинальной нагрузке (на 4…6%) и меньшую перегрузочную способность (на 15….25%) по сравнению с двигателем, у которого отсутствует эффект вытеснения тока.

Замена ротора с двойной клеткой двухслойным приводит примерно при том же начальном пусковом токе к увеличению начального пускового момента в среднем в 2,5 раза (рис.2). Добротность пуска двигателя с двухслойным ротором выше в 2…2,5 раза добротности пуска двигателя с двойной клеткой или глубоким пазом ротора и в 3….4 раза по сравнению с двигателем с обычной клеткой ротора без вытеснения тока.

Исходя из опыта эксплуатации, а также положительных качеств двигателей с двухслойным ротором можно рекомендовать их применение в следующих случаях:

— в электроприводах повторно – кратковременного режима работы и в электроприводах с частыми пусками. Исследования показали, что двигатели с двухслойным ротором допускают число пусков подряд 3….5 раз больше, чем двигатели с короткозамкнутым ротором, поэтому они могут обеспечить более высокую надежность работы и более высокую производительность механизма;

— в электроприводах продолжительного режима работы, но с тяжелыми пусками. Это относится к приводам, питание которых осуществляется через длинные линии с повышенным падением напряжения, а также к автономным электроэнергетическим системам, где мощность двигателей соизмерима с мощностью генераторов;

— в электроприводах, требующих большого начального пускового момента и стоянки под током короткого замыкания.


Стр. 1 из 212


radionet