4.6. Работа асинхронного двигателя при неноминальных условиях

Номинальные данные асинхронных двигателей, приведенные в паспорте на машину, соответствуют номинальному напряжению и частоте сети. Допус­ кается работа двигателей при отклонении напряжения сети в пределах от -5 до +10% и частоты переменного тока на ±2,5% номинального значения.

Одновременное отклонение напряжения и частоты сети от номинальных значений приводит к заметным изменениям тока холостого хода и отрицатель­ но сказывается на характеристиках машины.

Изменение частоты. Рассмотрим влияние изменения частоты на работу двигателя при условиях: напряжение Uj^UHo^const и нагрузочный момент

MH=MHOM=const.

Следовательно, изменение частоты fi приводит к изменению потока Фт и соответственно к изменению тока ротора 12 и нагрузочной составляющей 12’ то­ ка статора.

При уменьшении частоты/) происходит увеличение магнитного потока и намагничивающего тока, а следовательно, и тока холостого хода 10, который изза насыщения стали магнитопровода возрастает быстрее, чем магнитный поток. Обычно уменьшение частоты f| на 10% вызывает увеличение тока 1о на 20...30%. Так как ток 1о является практически реактивным, то это приводит к снижению коэффициента мощности двигателя.

Увеличение частоты fi приводит к пропорциональному возрастанию час­ тоты вращения п2. Если нагрузка двигателя имеет «вентиляторную» характери­ стику, то нагрузочный момент возрастает пропорционально квадрату или кубу частоты вращения, т. е. частоты fi. Кроме того, магнитный поток Фт уменьша­ ется обратно пропорционально изменению частоты. Все это, согласно (4.29), приводит к резкому увеличению тока 12. При возрастании частоты на 10% ток ротора двигателя, вращающего вентилятор, увеличится примерно в 1,5 раза, что может привести к nepeipeey двигателя.

При неизменном на1рузочном моменте увеличение частоты повышает

опасность нарушения устойчивости двигателя, так как максимальный момент двигателя снижается пропорционально fi2. Таким образом, отклонение частоты fi от номинального значения приводит к ухудшению условий работы двигате­ лей в режимах, близких к номинальной нагрузке, и поэтому частота не должна отличаться (согласно ГОСТу) от номинальной более чем на 2,5%.

Изменение напряжения. Обычно асинхронные двигатели рассчитывают так, чтобы при номинальном режиме КПД и coscp у них были близки к макси­ мальным. С другой стороны, максимум КПД имеет место, когда постоянные потери (механические и в стали) равны переменным потерям в обмотках. Поэто­

му влияние изменения напряжения является неоднозначным и зависит от на­ грузки на валу двигателя.

При увеличении напряжения происходит возрастание магнитного потока и, следовательно, увеличение тока холостого хода и магнитных потерь в стали. Вследствие этого КПД и cosrpi двигателя уменьшаются. Уменьшение напряже­ ния опасно тем, что пропорционально квадрату напряжения изменяется макси­ мальный вращающий момент двигателя и при большом моменте нагрузки мо­ жет произойти нарушение устойчивости двигателя. Поэтому колебания напря­ жения сети также должны быть ограничены (согласно ГОСТу - от -5 до +10%). При одновременном отклонении частоты и напряжения асинхронный двигатель должен отдавать номинальную мощность, если сумма процентных отклонений этих параметров не превосходит 10% (без учета их знаков).

На рис. 4.26 а, б показаны кривые зависимости г\ и cosrpj от напряжения се­

ти при двух значениях мощности двигателя Р„ом и 0,6РНОИдля двигателя мощно­ стью 2,2 кВт при 1500 об/мин. Из этих кривых следует, что при допустимых ГОСТом отклонениях напряжения от номинального КПД при номинальной на­ грузке уменьшается на 2%, а при Р = 0,6РНОМи Ui = 1,1UH0Mна 8%. При этом наихудший и довольно часто встречающийся случай - работа недогруженного двигателя при 1,1UH0Mдает максимальное уменьшение coscpi - на 24%.

Рис. 4.26. Зависимость д (а) и cos<pi (б) от питающего напряжения при номинальной и уменьшенной нагрузках

При частичной нагрузке, когда нет угрозы нарушения устойчивости, уменьшение напряжения позволяет увеличить КПД и cosrpi, так как пропорцио­ нально напряжению уменьшаются поток Фт, ток холостого хода и магнитные потери. Из рис. 4.26 следует, что каждой нагрузке соответствует свое оптималь­ ное значение напряжения, при котором постоянные потери равны переменным. Чем меньше нагрузка, тем меньше это оптимальное напряжение. Точно так же для каждой нагрузки существует напряжение, при котором coscpi имеет макси­ мум.