IV. Пуск трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором при пониженном напряжении

Понижение напряжения при пуске достигается включением в цепь статора активных сопротивлений R. Схема (рис. 95) содержит линейный контактор KЛ1и вспомогательный КЛ2; сопротивления R;три максимальных реле РМ1, PM2, РМЗ; кнопки пуска КнП и останова КнС.

При включении кнопки КнП ток из фазы В через предохранитель Пр, вентиль Д, замкнутые контакты кнопок КнС и КнП, обмотку контактора КЛ1, замкнутые контакты максимальных токовых реле РМ1, РМ2, РМЗ поступает к фазе С. Контактор КЛ1 срабатывает и через его контакты КЛ1 двигатель подключается к сети через сопротивления R. Пониженное напряжение на двигателе обусловливает уменьшение пускового тока. При срабатывании контактора КЛ1 одновременно замыкается блок-контакт КЛ1, шунтирующий кнопку КнП, и блок-контакт КЛ1, включающий с выдержкой времени линейный контактор КЛ2; последний своими контактами КЛ2 присоединяет двигатель ка полное напряжение сети. Выдержку времени выбирают так, чтобы пусковой ток успел снизиться до безопасного значения.

 

Рис. 8

V. Схема управления асинхронными двигателями, включенными в технологическую линию. На рис. 96 приведена технологическая линия для транспортировки сыпучих материалов, содержащих четыре конвейера. Перемещаемый продукт из бункера 1 поступает на первый ленточный конвейер, затем на второй и т. д. С последнего конвейера продукт разгружается в бункер 2. В соответствии с технологической схемой первым должен включаться конвейер 4, затем 3 и т. д. В этом случае исключается переполнение продуктом неработающего конвейера. На рис. 97 приведена схема управления конвейерной линией, Она содержит четыре двигателя M1, М2, М3, М4 с короткозамкнутыми роторами; четыре трехполюсных контактора КЛ1, КЛ2, КЛЗ, КЛ4 с главными контактами КЛ1, КЛ2, КЛЗ, КЛ4 к блок-контактом КЛ1; восемь тепловых реле РТ1, РТ2,..., РТ8; три маятниковых реле времени с контактами РВ1, РВ2, РВЗ (маятниковые реле времени механически связаны с якорями контакторов); четыре сигнальные лампы ЛС1, ЛС2, ЛСЗ,ЛС4,зажигающиеся при включении соответствующего двигателя и гаснущие при его отключении; одного датчика уровня продукта BН в бункере 2; пусковой кнопки КнП и кнопки для останова КнС.

 

Рис. 9

 

При включении кнопки КнП ток от фазы С проходит через предохранитель Пр, кнопки КнС и КпП, контакты тепловых реле РТ2, РТ1,обмотку контактора КЛ1, контакт датчика уровня BНI,нулевой провод. Контактор КЛ1 срабатывает и через главные контакты КЛ1 двигатель М1 присоединяется к сети; при этом зажигается сигнальная лампа ЛС1. Одновременно замыкаются контакты КЛ1 в цепи контактора КЛ2 и блок-контакт КЛ1, удерживающий катушку КЛ1 во включенном состоянии при отпускании кнопки КнП. Через некоторое время замыкается контакт маятникового реле времени РВ1, пристроенного к контактору КЛ1, срабатывает контактор КЛ2 и включает двигатель М2и сигнальную лампу ЛС2. Одновременно замыкается контакт КЛ2,подготавливая к включению цепь контактора КЛЗ. С контактором КЛ2 связано маятниковое реле времени, при срабатывании которого контакт
РВ2 включает контактор КЛЗ и двигатель М3 присоединяется к сети, одновременно зажигается лампа ЛСЗ. Аналогично включается двигатель М4. Если, положим, отключился двигатель M1,то контакт КЛ1разомкнется, обесточится обмотка контактора КЛ2 и отключится двигатель М2. При этом разомкнется контакт КЛ2 и отключится двигатель М3, а контакт КЛЗ отключит и последний двигатель М4. Одновременно с отключением двигателей гаснут сигнальные лампы. Если бункер 2 заполнен, то срабатывает датчик уровня ВН, размыкается цепь контактора КЛ1 и все двигатели останавливаются во избежание переполнения бункера.

 

Рис. 10

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 2

Задача 1. К трехфазному трансформатору с номинальной мощностью S_ном и номинальными напряжениями первичной U_ном1 и вторичной U_ном2 обмоток присоединена активная нагрузка Р₂ при коэффициенте мощности cos φ2. Определить: 1) номинальные токи в обмотках I_ном1 и I_ном2; 2) коэффициент нагрузки трансформатора k_н; 3) токи в обмотках I₁ и I₂ при фактической нагрузке; 4) суммарные потери мощности SР при номинальной нагрузке; 5) коэффициент полезного действия трансформатора при фактической нагрузке. Данные для своего варианта
взять из табл. 7, Недостающие величины взять из табл. 2.

Каково назначение замкнутого стального магнитопровода в трансформаторе? Почему магнитопровод должен иметь минимальный воздушный зазор и выполняться не сплошным, а из отдельных стальных листов, изолированных друг от друга лаком?

Указание. См. решение типового примера 1.

Таблица 7

Номер вари­анта	SНОМ кВ∙А	UНОМ 1 кВ	UНОМ 2 кВ	P2 кВт	cosφ2
			0,69		0,95
			0,4		1,0
			0,23		0,9

Задача 2. Для питания пониженным напряжением цепей управления электродвигателями на пульте установлен однофазный двухобмоточный трансформатор номинальной мощностью S_ном. Номинальные напряжения обмоток U_ном1 и U_ном2; номинальные токи в обмотках
I_ном1 и I_ном2. Коэффициент трансформации равен К. Числа витков обмоток ω₁ и ω₂. Магнитный поток в магните проводе Ф_м. Частота тока в сети 50 Гц. Трансформатор работает с номинальной нагрузкой. Потерями в трансформаторе можно пренебречь. Используя данные
трансформатора, указанные в табл. 8, определить все неизвестные величины, отмеченные прочерками в таблице вариантов. Начертить схему включения такого трансформатора в сеть. Ко вторичной обмотке присоединить нагрузку в виде обычного резистора R_H. Для включения и
отключения нагрузки предусмотреть рубильник, а для защиты сетей от токов короткого замыкания включить в цепь обеих обмоток предохранители. Данные для своего варианта взять из табл. 8.

Указание. См. решение типового примера 2.

Задача 3. Инструментальный цех завода получает питание от подстанции при напряжении U_ном2. Активная мощность, расходуемая цехом, равна Р₂ при коэффициенте мощности cosφ₂. Определить необходимую мощность трансформаторов на подстанции и выбрать их тип,

пользуясь табл. 2. На подстанции можно установить не более двух трансформаторов одинаковой мощности с коэффициентом нагрузки 0,9—1,0; поэтому в задаче нужно вычислить коэффициент нагрузки трансформаторов.

 

Таблица 8

 

Номер вари­ анта	SНОМ В∙А	UНОМ 1 В	UНОМ 2 В	IНОМ 1 А	IНОМ2 А	ω1	ω2	К	ФМ Вб
			—	1,43	—	—	—	15,8	0,005
	—			—	33,4		—	—	—
		—		—	—		—	31,6	—

 

Таблица 9

Номер варианта	Р2 кВт	cosφ2	UНОМ 2 В
		0,8
		0,75
		0,85

 

Определить необходимое сечение кабеля, от подстанции до цехового распределительного пункта, пользуясь табл. 5 допускаемых токовых нагрузок. Кабель четырехжильный, проложен в земле. В случае необ­ходимости (при больших токах) можно проложить несколько кабелей. Данные для своего варианта принять, из табл. 9.

Какие величины можно определить из опыта холостого хода трансформатора? Начертите схему включения трансформатора и приборов для проведения опыта холостого хода.

Указание. Полная мощность для питания цеха S=P₂/cosφ₂.

Задача 4. В сборочном цехе машиностроительного завода установ­лены трехфазные электродвигатели трех типов. Для каждого типа зада­ны: номинальная (полезная) мощность Р_ном, коэффициент мощности cosφ_ном и коэффициент полезного действия _ном и количество двигателей п. Номинальное напряжение сети 380 В. Все двигатели работают в номинальном режиме. Определить необходимую мощность трансформатора для питания электродвигателей и выбрать его тип по табл. 2; могут быть установлены два трансформатора одинаковой мощности

работающие параллельно, Определить, с каким коэффициентом нагрузки будут работать трансформаторы, и вычислить первичный и вторичный токи и коэффициент полезного действия трансформатора при этом коэффициенте нагрузки.

 

Таблица 10

 

 

Величина	Вариант
Рном1, кВт		7,5
сosφном1	0,86	0,86	0,86
ном1	0,87	0,86	0,89
n1, шт.
Рном2, кВт	7,5
сosφном2	0,86	0,86	0,86
ном2	0,86	0,9	0,84
n2, шт.
Рном3, кВт			7,5
сosφном3	0,86	0,86	0,86
ном3	0,89	0,7	0,86
n3, шт.

 

Рис. 11

Дополнительные сведения сведения о трансформаторе взять из табл. 2. Данные для

своего варианта взять из табл. 10.

Какие величины можно определить из опыта короткого замыкания трансформатора? Начертите схему включения трансформатора и приборов для проведения такого опыта.

Указания: 1. См. решение типового примера 1.

2. Полную мощность, потребляемую электродвигателями, определяют по формуле S = Р_ном п/( cosφ_{ном · ном}). 3. При установке двух трансформаторов все расчеты ведут для одного по половинной нагрузке.

Задача 5. Для освещения рабочих мест в целях безопасности применили лампы накаливания пониженного напряжения 12, 24, 36 В. Для их питания установили однофазный понижающий трансформатор номинальной мощностью S_Н0М, работающий с коэффициентом нагрузки k_H. Номинальные напряжения обмоток U_{НОМ 1} и U_НОМ2; рабочие токи в обмотках I₁ и I₂. Коэффициент трансформации равен К.

К трансформатору присоединили лампы накаливания мощностью Рл каждая в количестве п_л. Коэффициент мощности ламп cosφ₂=1,0. Схема присоединения ламп к трансформатору приведена на рис.?. Потерями в трансформаторе можно пренебречь. Используя данные для своего варианта» указанные в табл. 11, определить все неизвестные величины, отмеченные прочерками в таблице.

Каковы особенности внешней характеристики сварочного трансформатора? Каким образом получают такую характеристику?

Указания: 1. См. решение типового примера 2.

2. Для ламп накаливания cosφ₂ = 1,0, поэтому коэффициент нагрузки

Задача 6. Аппаратный цех электротехнического завода потребляет активную мощность Р₂ при коэффициенте мощности cosφ₂, Для питания потребителей цеха на подстанции установили трехфазные трансформаторы с первичным напряжением U_H0M1. Однако энергосистема, ограничив потребление реактивной мощности до Q_Э, называемой оптимальной, потребовала установить на низшем напряжении подстанции 380 В. конденсаторы. Определить: 1) необходимую мощность конденсаторной батареи Q_б и выбрать ее тип, пользуясь табл. 3;

2) номинальную мощность трансформатора на подстанции в двух случаях: а) до установки
батареи, б), после установки батареи. На основании табл. 2 выбрать тип трансформатора;

3) в обоих случаях определить коэффициент полезного действия трансформатора с учетом фактической нагрузки. Сделать заключение о целесообразности компенсации реактивной мощности потребителей цеха. Данные для своего варианта взять из табл. 12.

 

 

Таблица 11

Номер вари-­ анта	SНОМ кВ∙А	kн	UНОМ 1 B	UНОМ 2 B	I1, A	I2, A	К	Рл Вт	nл шт.
		—	—		—	—	31,7
	—	0,75		—	0,75	15,6	—	—
	—	0,9	—		1,63		—		—

 

 

Таблица 12

Номер варианта	Р2 кВт	cos φ2	QЭквар	UНОМ 1 кB	Номер варианта	Р2 кВт	cos φ2	QЭквар	UНОМ 1 кB
		0,75					0,77
		0,8					0,75
		0,85					0,65

 

 

Указания: 1. См. решение типового примера 3.

2. На подстанции возможна установка одного трансформатора или двух одинаковой

мощности. 3. При выборе трансформаторов необходимо обеспечить их

Рис. 12

коэффициент нагрузки k _н, равным 0,9—1,0.

4. Первичное напряжение U_ном1 задано для выбора типа трансформатора.

 

Задача 7. На рис.? показана векторная диаграмма однофазного трансформатора при холостом ходе. На основании данных диаграммы, приведенных в табл. 13 вариантов, определить:

1) коэффициент трансформации К;

2) потери в стали Р_ст,
пренебрегая потерями на нагревание первичной обмотки;

3) числа витков обеих обмоток при частоте
тока питающей сети f=50 Гц. Приняв ток холостого хода составляющим 5% от номинального первичного тока, найти номинальные токи в обмотках I_ном1 и I_ном2 и номинальную мощность трансформатора S_ном.

Почему основной магнитный поток в магнитопроводе трансформатора остается неизменным при любой нагрузке? Выполнение какого условия необходимо для соблюдения такого постоянства потока?

Указания: 1. Потери в стали практически равны потерям холостого хода: P_cт=U₁·I_x·cosφ_х.

2. Числа витков обмоток определяют из формул

для E₁и Е₂, причем при холостом ходе E₁ = U_1, Е₂ = U_ном2

 

3. Номинальная мощность трансформатора Sном = U_ном2 · I_ном2, где I_ном2=К· I_ном1

Таблица 13

Номер вари­анта	U1 B	IХ A	E2 B	Фm Вб	x
		0,15		0,002
		0,2		0,0015
		0,5		0,008

 

Задача 8. Трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором установлен для привода ленточного конвейера. Двигатель потребляет из сети мощность P₁ при номинальном напряжении U_ном и номинальном токе I_ном. Полезная мощность на валу равна Р_ном2. Коэффициент полезного действия двигателя _ном. Суммарные
потери мощности в двигателе равны Р. Коэффициент мощности двигателя составляет cosφ_ном. Двигатель развивает на валу полезный момент М_ном при частоте вращения ротора n_ном2. При этом двигатель работает со скольжением s_H0M. Частота вращения поля статора равна п₁.
Частота тока во вращающемся роторе f₂s; частота тока в сети f₁=50 Гц.

Используя данные, приведенные в табл. 14, определить все величины, отмеченные прочерками в таблице вариантов.

Как изменится при увеличении нагрузки на валу двигателя частота
вращения ротора n ₂ ; частота тока в роторе f₂s и значение тока, потребляемого двигателем из сети? Приведите соответствующие пояснения.

Указание. См решение типового примера 5.

 

Таблица 14

Величина	Варианты
P1, кВт	— -	22,6	— -
Uном, B
Iном, А	12,5	—
Pном2, кВт	5,3	—	—
ном	0,78	—	—
Р, кВт	—	2,6	—
cos φном	0,81	0,85	0,85
Мном, H∙м	—	—	29,5
nном2, об/мин		—
Sном %	—	—	4,0
n1, об/мин	—		—
f2S, Гц	—	1,3	—

 

Задача 9. Трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором, работая в номинальном режиме приводит во вращение центробежный вентилятор. Двигатель потребляет из сети мощность Р₁ при номинальном напряжений U_нoм и номинальном токе I_ном. Полезная номинальная мощность на валу Р_ном2. Суммарные потери в двигателе равны Р; его к.п.д. _ном. Коэффициент мощности двига теля равен cosφ_ном. Двигатель развивает на валу вращающий момент М_ном при частоте вращения ротора n_ном2 . Максимальный и пусковой моменты двигателя соответственно равны М_max и М_п; способность двигателя к перегрузке М_max / М_ном; кратность пускового момента
М_п/М_ном. Синхронная частота вращения магнитного поля статора равна n₁; скольжение ротора при номинальной нагрузке s_H0M. Частота тока в сети f₁=50 Гц. Используя данные, приведенные в табл. 15, определить все величины, отмеченные прочерками в таблице вариантов.