Симметрии напряжения

Работа трехфазного асинхронного двигателя при искажении

Несимметричные режимы работы асинхронных машин целесо­образно исследовать с помощью метода симметричных составляю­щих, пренебрегая насыщением и пользуясь методом наложения. Составляющие нулевой последовательности в токах обмоток асин­хронных двигателей обычно не возникают, так как нулевые точки этих обмоток, если обмотки соединены в звезду, обычно изолированы. Поэтому следует рассмотреть поведение асинхронных машин по отношению к прямой и обратной составляющим напряжений и токов.

Пусть система трехфазных напряжений, приложен­ных к первичной обмотке асинхронной машины, несимметрична и содержит составляющие прямой () и обратной () последова­тельности. Введя дополнительный индекс 1 для обозначения прямой по­следовательности, а затем распространим эти результаты на напря­жения и токи обратной последовательности (с дополнительным ин­дексом 2).

Напряжения вызывают в первичной цепи машины токи пря­мой, последовательности . Эти токи создают магнитное поле и по­ток прямой последовательности, которые вращаются со скоростью:

и индуктируют токи прямой последовательности во вторичной обмотке. Токи и создают общее магнитное поле прямой по­следовательности, вращающееся со скоростью Скольжение ро­тора относительно этого поля есть скольжение прямой последо­вательности г

где – скорость вращения ротора, положительная в случае, когда ротор вращается в сторону поля прямой последовательности.

Для системы токов и напряжений прямой последовательности действительна схема замещения рис. 6.1, а. Эта схема позволяет рассчитать токи и (если известны и параметры машины.

Рисунок 2.1 - Схемы замещения асинхронной машины для токов и напряжений прямой (а) и обратной (б) последовательности

Токи и поле прямой последовательности создают вращающий момент прямой последовательности:

Напряжения обратной последовательности , приложенные к первичной обмотке, вызывают в ней токи обратной последова­тельности . Токи создают поле обратной последовательности, вращающееся с той же скоростью, что и поле прямой последователь­ности, но в обратную сторону, так как эти токи имеют обратное чередование фаз. Следовательно, скорость поля обратной последо­вательности:

Это поле индуктирует во вторичной цепи токи обратной последова­тельности . Токи и создают общее магнитное поле обратной последовательности. Скольжение ротора относительно этого поля, или скольжение обратной последовательности:

Для системы токов и напряжений обратной последовательности действительна схема замещения рис. 6-1, б, которая аналогична схеме рис. 6-1, а, однако вместо скольжение .

Токи и поле обратной последовательности создают.вращающий момент обратной последовательности:

Знак минус здесь введен по той причине, что при > 0 момент действует в сторону вращения обратного поля и является по­этому отрицательным.

На ротор машины действует общий вращающий момент:

Необходимо отметить, что, кроме моментов и , в резуль­тате взаимодействия токов обратной последовательности ротора с прямым полем и взаимодействия токов прямой последовательности ротора с обратным полем возникают также добавочные составляю­щие вращающего момента. Однако эти добавочные моменты пульсируют с большой частотой, равной и средняя величина их равна нулю. Поэтому они практически не оказывают влияния на движе­ние ротора. Вместе с тем в результате взаимодействия прямых и обратных полей возникают вибрационные радиальные силы ча­стоты . Рассматривая характерный для практики случай соединения обмоток по схеме звезда без нулевого провода», можно установить, что вращающий момент двигателя снизится за счет противодействия момента обратной последовательности.

Поскольку сопротивление обратной последовательности асинхронных двигателей в 5... 7 раз меньше сопротивления прямой последовательности, то при наличии даже небольшой составляю­щей обратной последовательности возникает значительный ток. Этот ток накладывается на ток прямой последовательности и вы­зывает перегрев двигателя, в результате чего уменьшается его рас­полагаемая мощность. Быстро стареет изоляция и т.д. Опасность несимметрии заключается в том, что ток одной из фаз увеличивается, вызывая ее перегрев и преждевременный выход из строя. Поэтому для соблюдения нормируемого перегрева при 5%-ной несимметрии рекомендуют снижать нагрузку электронагревателя на 5…10% против номинальной, 10% - на 25 – 40, 1 – 2% – на 3 – 4%.Так, срок службы полностью загруженного двигателя, работающего при ко­эффициенте несимметрии 4%, сокращается в два раза.

Поскольку сопротивление обратной последовательности асинхронных двигателей в 5... 7 раз меньше сопротивления прямой последовательности, то при наличии даже небольшой составляю­щей обратной последовательности возникает значительный ток. Этот ток накладывается на ток прямой последовательности и вы­зывает перегрев двигателя, в результате чего уменьшается его рас­полагаемая мощность. Быстро стареет изоляция и т.д. Так, срок службы полностью загруженного двигателя, работающего при коэффициенте несимметрии 4%, сокращается в два раза.

Значительное внимание следует обращать на величину фазных токов. Для асинхронных двигателей с большой кратностью тока короткого замыкания асимметрия токов в фазах превышает асимметрию в 3…8 раз, что вызывает её перегрев и преждевременный выход из строя.

Поэтому для соблюдения нормируемого перегрева при 5%-ной несимметрии рекомендуют снижать нагрузку электронагревателя на 5…10% против номинальной, 10% - на 25 – 40, 1 – 2% – на 3 – 4%.

Несинусоидальность приложенного напряжения приводит к появ­лению тока высших гармоник, что проявляется в поверхностном эффекте (вытеснение тока к поверхности проводника), что приводит к дополнительным потерям тепла, нагреву изоляции электрооборудования и снижению срока его службы.

В целом несинусоидальные режимы обладают теми же недостат­ками, что и несимметричные. Однако несинусоидальные токи при­водят к большему дополнительному нагреву вращающихся машин, наряду с этим растут вибрационные нагрузки.

Дата добавления: 2014-01-05