СПЕЦИАЛЬНЫЕ СЛУЧАИ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОМАШИН
Работа трехфазных асинхронных двигателей в однофазных сетях
В однофазных сетях при отсутствии однофазных двигателей для привода каких-либо сравнительно небольших рабочих машин можно использовать обычные трехфазные двигатели. Во многих случаях электрический привод рабочих машин технически и экономически рациональнее на однофазном токе, чем на трехфазном.
Известно, что при обрыве одного из трех линейных проводов (например, при перегорании предохранителя) трехфазный двигатель продолжает работать, преодолевая момент сопротивления рабочей машины. Если же трехфазный двигатель с оборванным проводом в линии включить в сеть, то он не разворачивается даже вхолостую, то есть двигатель не имеет пускового момента При использовании трехфазных двигателей в однофазных сетях необходимо создавать начальный момент, чтобы двигатели могли самостоятельно разворачиваться после подачи напряжения. Для создания пускового момента двигателя используют активные или реактивные сопротивления, включаемые по той или другой схеме.
В однофазных сетях трехфазные двигатели развивают меньшую мощность, чем указано в его паспорте. В некоторых случаях за счет усложнения схемы в однофазных сетях от трехфазного двигателя можно взять его полную паспортную мощность. Эти двигатели при однофазном питании требуют той же величины напряжения, что и в трехфазной сети.
Пускают трехфазные двигатели в однофазных сетях по схемам, показанным на рисунке 99. По схемам а, б двигатели включаются в том случае, если напряжение в однофазной сети в 1,73 раза больше номинального фазного напряжения двигателя, а по схеме в—в случае равенства напряжения.
Величина пускового момента двигателя зависит от величины и характера пускового сопротивления zп. Наибольший пусковой момент двигателя по схеме а будет в том случае, если пусковое сопротивление будет равно сопротивлению короткого замыкания
фазы трехфазного двигателя zκ, по схеме б — если
и по
схеме в — при
Сопротивление короткого замыкания трех
фазного двигателя подсчитывается по формуле:
где К; — кратности пускового тока трехфазного двигателя, указываемая в каталогах; приближенно можно принять Κι=4-:-6.
Рис. 99. Схемы включения трехфазных двигателей в однофазную сеть.
Пусковой момент двигателя по схеме а получается вдвое больше, чем по схеме б. Но в механической характеристике двигателя, пускаемого по схеме а, имеется провал при 1/3 синхронной скорости, что может привести к застреванию ротора на этой скорости при разбеге двигателя. Наибольшие пусковые моменты двигателей по схемам б и в равны. При использовании емкостного сопротивления для пуска двигателя момент получается большим, иногда больше пускового момента при трехфазном питании. При пуске с помощью активного сопротивления максимальный пусковой момент получается сравнительно небольшой, составляющий 15—20% пускового момента в трехфазном режиме, что достаточно бывает при пуске двигателя вхолостую или при очень малой нагрузке. После разбега двигателя без промедления нужно отключить пусковое сопротивление, в противном случае от чрезмерно больших токов сгорит обмотка даже при холостом ходе.
Рабочий режим двигателя в однофазной сети без емкости характеризуется протеканием большого тока намагничивания (тока холостого хода), низким коэффициентом мощности, большими потерями мощности, низким к. п. д. Полезная мощность двигателя в этих условиях составляет 50—60% номинальной. Полезная мощность относительно уменьшается с уменьшением номинальной мощности двигателя.
Для увеличения полезной мощности и энергетических показателей двигателя при работе в однофазной сети нужно включать рабочую емкость параллельно пусковому сопротивлению. Рабочая емкость остается включенной в режиме пуска и работы. Применение емкости позволяет увеличить полезную мощность двигателя до 70—80% номинальной, указанной в паспорте.
Значения емкости в оптимальном рабочем режиме двигателя при однофазном питании подсчитывают по следующим приближенным формулам:
при работе двигателя по схеме рис. 99, а:
Рн — номинальная мощность трехфазного двигателя, кВт; Uн — номинальное напряжение в вольтах;
ηΗ cosφH — соответственно номинальное к. п. д. и коэффициент мощности двигателя, которые берут из его паспорта;
при работе двигателя по схеме рис. 99,б или в
где Uа и Iн — номинальные линейные напряжение и ток, соответствующие схеме соединения фаз двигателя звездой или треугольником.
При пуске двигателя только с рабочей емкостью начальный момент незначительный, в ряде случаев недостаточный для разворота ротора до номинальной скорости. В этом случае для успешного запуска двигателя нужно на период разбега включить дополнительно емкость, раза в 2—3 большую, чем рабочая емкость. Пусковой момент будет тем больше, чем больше включено емкости.
Для изменения направления вращения двигателя, включенного на схеме с, нужно изменить направление тока в одной из двух параллельных ветвей: в цепи двух последовательно соединенных фаз или в цепи третьей фазы. Если двигатели соединены по схемам б или в, то для изменения вращения ротора нужно пусковое сопротивление вместе с рабочей емкостью переключить с зажима С2 на зажим С1, сохраняя присоединение к точке С3 неизмененным.
Полностью используют трехфазные двигатели в однофазных сетях с применением емкостного и индуктивного сопротивлений, включаемых по схемам (рис. 100, а или в) в зависимости от номинального напряжения двигателя и сети.
Параметры Хс и XL можно подобрать такой величины при определенной загрузке двигателя, когда напряжения и токи по фазам будут равны. Магнитное поле двигателя в этом случае будет круговым вращающимся. Симметрирующие параметры, обеспечивающие круговое магнитное поле двигателя при однофазном питании, подсчитывают по формулам:
где U, I и φ — линейные напряжения, ток и фазный угол трехфазного двигателя соответственно по схеме соединения фазных обмоток звездой или треугольником при определенной нагрузке. Фазный угол φ определяют по коэффициенту мощности трехфазного двигателя.
При отклонении нагрузки двигателя от расчетной нарушается симметричность режима: магнитное поле из кругового становится эллиптическим, напряжения и токи по фазам несимметричными. Для получения симметричного режима работы при изменении нагрузки двигателя нужно соответственно изменять численные значения параметров Хс и XL.
По этой причине трехфазные двигатели в однофазных сетях целесообразно использовать для привода рабочих машин с постоянным моментом сопротивления.
Рис. 100. Схемы полного использования трехфазных двигателей в однофазных сетях.
Пусковой момент двигателя с параметрами Хс и XL, рассчитанными для рабочего режима, будет малой величины, достаточный лишь для разбега двигателя вхолостую. Для пуска двигателя под нагрузкой нужно увеличить на этот период емкость в 2—3 раза по сравнению с рабочим значением. После разбега двигателя добавочную пусковую емкость надо обязательно отключить. Для изменения направления вращения двигателя достаточно поменять между собой места присоединения емкостного и индуктивного сопротивлений, что достигается переключением двух проводов.
