Рабочие характеристики асинхронных двигателей

Так как асинхронные двигатели на промышленных предприятиях являются основными потребителями реактивной мощности, то в первую очередь, необходимо упорядочить режим их работы.

Рисунок 3.2 – Статические характеристики АД

Рисунок 3.3 – Механические характеристики АД

Величина потребления реактивной мощности асинхронными двигателями зависит от коэффициента загрузки и номинального коэффициента мощности двигателей.

Реактивная мощность двигателя при номинальной нагрузке равна

, квар

где h_н – номинальный к.п.д. двигателя;

tg j_н – тангенс угла сдвига фаз, соответствующий номинальному коэффициенту мощности (cos j_н).

Реактивная мощность двигателя при данной его нагрузке равна

где Q₀ – реактивная мощность эл. двигателя на холостом ходу, квар;

– прирост потребления реактивной мощности при номинальной нагрузке двигателя, квар;

– коэффициент загрузки двигателя;

Р – мощность нагрузки на валу двигателя, кВт;

Р_н – номинальная мощность двигателя, кВт.

Основную роль в балансе реактивной мощности асинхронного двигателя играет реактивная мощность холостого хода, зависящая от объема магнитной цепи, т.е. от конструкции двигателя.

Чем выше номинальный коэффициент мощности, тем относительно меньше реактивная мощность холостого хода двигателя.

У асинхронных двигателей с номинальным коэффициентом мощности cos j_н = 0,91¸0,93 реактивная мощность холостого хода составляет около 60% всей реактивной мощности при номинальной загрузке двигателя. Для двигателей с cos j_н = 0,77¸0,79 она достигает 70 %.

Для повышения коэффициента мощности необходимо правильно выбрать мощность асинхронных двигателей с оптимальной их загрузкой Кз = 0,6¸0,8, максимально ограничить работу на холостом ходу, т.е. провести мероприятия, снижающие потребление из сети реактивной мощности. Графики зависимостей активной, реактивной мощностей и cos j асинхронных двигателей от величин коэффициента их загрузки называют рабочими характеристиками (рисунок 3.4).

Рисунок 3.4 – Рабочие характеристики АД

Снижение потребления реактивной мощности асинхронными двигателями.

Для достижения экономичной работы системы электроснабжения необходимо выполнение мероприятий, снижающих потребление реактивной мощности предприятиями от энергосистемы. Эти мероприятия разбиваются на мероприятия, не требующие специальных компенсирующих устройств и целесообразные во всех случаях, и на мероприятия, требующие специальных компенсирующих устройств для выработки реактивной мощности.

Так как АД являются основными потребителями реактивной мощности (60-65 % от общего потребления реактивной мощности), рассмотрим мероприятия, снижающие потребление реактивной мощности асинхронными двигателями:

1. Замена систематически недогруженных асинхронных двигателей со средним коэффициентом загрузки менее 45 % на двигатели меньшей мощности, если это выполнимо по конструктивным условиям.

2. Установка ограничителей холостого хода асинхронных двигателей.

3. Снижение напряжения питания асинхронных двигателей, загруженных не выше чем на 45 % путем переключения схемы обмоток с треугольника на звезду. При этом вращающий момент и активная мощность электродвигателя уменьшаются в 3 раза ( ), загрузка двигателя и его коэффициент мощности повышаются, а потребление реактивной мощности снижается.

4. Повышение качества ремонта асинхронных двигателей, т.е. при ремонте необходимо точно соблюдать номинальные данные двигателей.

Компенсация реактивной мощности в питающей сети.

К мероприятиям, связанным с применением компенсирующих устройств и улучшающим режим в питающей сети, относится установка батарей статических конденсаторов. При этом может быть применена групповая на шинах или индивидуальная компенсация реактивной мощности.

Установка БК позволяет разгрузить питающую сеть, включая генераторы электростанций, от передачи и выработки значительной величины реактивной мощности, что приводит большому экономическому эффекту.

3.4.2 Подготовка стенда к работе

Включить автомат QF и подать напряжение на потенциал-регулятор АТ. Ключом SA4 установить напряжение сети U=380-400 В, ключом SA5 соединить обмотку статора АД в звезду. С генератора снять возбуждение (ручку статора RR в цепи обмотки возбуждения повернуть влево до упора) и разомкнуть цепь нагрузки ключом SA6, т.е. подготовить включение двигателя на холостой ход.

3.4.3 Снять рабочие характеристики АД

Кнопкой ПУСК магнитного пускателя КМ включить асинхронный двигатель (без подключения конденсаторов) и нагрузить его от холостого хода до 1,1-1,2 Р_Н. Снять показания приборов и результаты занести в таблицу 3.1.

Таблица 3.1 – Рабочая характеристика АД

Построить графически зависимость потребления активной и реактивной мощностей и коэффициента мощности (cos j) от загрузки асинхронного двигателя.

3.4.4 Провести анализ эффективности компенсации реактивной мощности в питающей сети

В настоящей лабораторной работе исследуется режим индивидуальной компенсации реактивной мощности АД (рисунок 3.1). Установить на двигатель постоянную нагрузку близкую к Р_Н, определить коэффициент мощности в сети, питающей АД. Включая конденсаторные батареи снять показания измерительных приборов, подсчитать коэффициенты мощности в трех режимах и результаты занести в таблицу 3.2.

Таблица 3.2 – Компенсация реактивной мощности в питающей сети АД

Провести анализ результатов замеров и сделать вывод об эффективности компенсации реактивной мощности в сети, питающей АД.

3.4.5 Провести опыт переключения обмоток АД с треугольника на звезду

Отключив двигатель, установить напряжение питающей сети U_Л=220-230 В, соединить обмотку двигателя в треугольник и включить напряжение, установив на двигателе нагрузку в пределах 0,25-0,4 Р_Н (по заданию преподавателя). Отключить двигатель, переключить обмотку статора с треугольника на звезду и вновь включить двигатель в сеть U_Л =230 В при той же активной нагрузке. Снять показания приборов и результаты занести в таблицу 3.3, сравнить коэффициенты мощности cos j, результаты объяснить.

Таблица 3.3 – Переключение обмотки АД с треугольника на звезду

	U, В	I, A	P, кВт	Q, квар	S, кВА соs j
D
Y

3.4.6 Снять статические характеристики АД

Статические характеристики - это зависимость потребляемой активной и реактивной мощностей АД от напряжения питающей сети.

Для выполнения этого пункта работы обмотку двигателя включить в звезду, установить нагрузку на двигатель в пределах 0,5-0,7 Р_Н при напряжении сети U_Л = 380-400 В, затем, уменьшая напряжение 5-6 ступенями до 0,5-0,6 U_Н при неизменной нагрузке на двигатель, снимают показания приборов и заносят в таблицу 3.4.

Примечание. Если обмотка статора двигателя включается в треугольник, то напряжение сети изменяется в пределах U_Л = 250-120 В. Если при снижении напряжения двигатель опрокинется, т.е. вращающий момент двигателя станет меньше момента сопротивления механизма М_дв< М_{с мех}, его необходимо быстро отключить (рисунок 2.3, т.3).

Таблица 3.4 – Статическая характеристика АД

Построить графически статические характеристики асинхронного двигателя, дать пояснения к ним.