Несимметрия сопротивлений

Несимметрия напряжения. Это показатель качества напряжения, который обычно определяется при работе в системе электроснабжения мощных однофазных электроприемников '(сварочных машин, индукционных плавильных и нагревательных печей и т.п.), а также при работе трехфазных электротермических установок, представляющих собой несимметричные нагрузки (например, ДСП).

Несимметрия напряжения неблагоприятно сказывается на работе и сроке службы асинхронных двигателей (АД). Сопротивление обратной последовательности электродвигателей в 5—8 раз меньше сопротивления прямой последовательности. Поэтому даже небольшая несимметрия напряжения (1%) вызывает значительную несимметрию токов в обмотках (7 — 9%). Токи обратной последовательности накладываются на токи прямой последовательности и вызывают дополнительный нагрев статора и ротора, что приводит к ускоренному старению изоляции и уменьшению располагаемой мощности двигателя. Известно, что при несимметрии напряжения 82 = = 4% срок службы АД, работающего с номинальной нагрузкой, сокращается примерно в два раза. Если 62 = = 5%, то располагаемая мощность двигателя уменьшается на 5 — 10%.

Несимметрия напряжения. Расчет несимметричных режимов сводится к определению напряжения обратной последовательности U2 в данной точке сети из выражения

б) для трехфазных сетей — показатели, перечисленные в п. а), и дополнительно смещение нейтрали и несимметрия напряжения основной частоты.

зультате аварий или нарушения нормальных условий электроснабжения (например, изменения напряжения или частоты сети, несимметрия напряжения и т. п.).

Работа двигателей при несимметричном напряжении сети. Вследствие влияния однофазных нагрузок и при аварийных условиях может возникнуть несимметрия напряжения сети. Несимметричное напряжение можно разложить на составляющие прямой, обратной и нулевой последовательностей. Напряжение прямой последовательности Ui вызывает ток 1п обмотки статора, создающий н. с. прямого следования FT, [см. выражение (VII. 19)1. Напряжение обратного следования U ц вызывает ток обмотки статора /ш, создающий н. с. обратного следования Fn [см. формулу (VII. 19, а)]. Н. с. Рг и Fu вращаются в разные стороны с синхронной скоростью. Напряжение нулевой последовательности не создает вращающихся н. с. и поэтому при дальнейшем рассмотрении не будет учитываться.

приводит при несимметричном питании к увеличению потерь и нагрева и к уменьшению к. п. д. Особенно сильным может быть нагрев обмотки ротора за счет тока обратной последовательности /311 ротора. Намагничивающий ток двигателя также увеличивается в результате необходимости создания поля обратной последовательности. Это приводит к снижению коэффициента мощности. Таким образом, несимметрия напряжения создает неблагоприятные условияработы двигателя. При вращении ротора с небольшим скольжением s относительно потока, создаваемого токами прямой последовательности, вызываемый им ток 1.21 обмотки ротора определяется в основном активным

сопротивлением, так как пропорциональное скольжению индуктивное сопротивление мало. При этих условиях короткозамкнутая обмотка ротора лишь незначительно демпфирует (ослабляет) прямой поток. В то же время скольжение ротора относительно потока, создаваемого токами обратного следования, весьма велико (равно 2—s). Вызванный этим потоком ток ротора не определяется активным сопротивлением, так как оно слишком мало по сравнению с индуктивным, пропорциональным 2—s. Поэтому короткозамкнутая обмотка ротора по отношению к потоку, создаваемому током обратной последовательности, действует как демпфирующий контур, вследствие чего при работе асинхронного двигателя несколько снижается несимметрия напряжения сети.

г) Несимметрия напряжения, % :

Несимметрия напряжения, подводимого к любому электроприемнику, не должна превышать 2%; на зажимах асинхронных электродвигателей допустима большая несимметрия, но при условии, что с учетом других факторов (отклонение напряжения, несинусоидальность напряжения) не возникает перегрева двигателя при данном коэффициенте загрузки.

В трехфазных сетях с однофазными электроприемниками возникает смещение нейтрали; оно допустимо, если с учетом других влияющих факторов (отклонение напряжения, несинусоидальность и несимметрия напряжения) действующие значения напряжений не выходят за пределы, установленные для отклонений напряжения.

Расчет несимметричных сопротивлений. Для уменьшения числа контактов и размеров кулачковых контроллеров в ряде случаев сопротивления в цепи ротора двигателя изменяют поочередно по фазам, поэтому сопротивления фаз получаются разные. Несимметрия сопротивлений приводит к несимметрии токов фаз, а сле-

нитного поля, создаваемого н. с. статора, с н. с. ротора прямой последовательности возникает вращающий момент прямой последовательности (Мпр), всегда имеющий положительное значение, а при взаимодействии н. с. статора с н. с. ротора обратной последовательности создается момент обратной последовательности (М0бР), имеющий до примерно полусинхронной частоты вращения положительный знак [л = я0(1 — 2s)], а выше полусинхронной—отрицательный ( 1.11). На валу двигателя момент будет равен алгебраической сумме МПр и М0бр. В результате суммирования моментов механическая характеристика получается с провалом. Поэтому, когда имеется большая несимметрия сопротивлений фаз, двигатель может не достигнуть нужной частоты вращения и будет работать в районе полусинхронной частоты вращения, что, например для механизмов подъема, недопустимо. Приемлемое отклонение от допустимой несикметрии обеспечивается, если на всех ступенях регулирования соблюдаются следующие соотношения сопротивлений фаз:

Расчет несимметричных сопротивлений. Для уменьшения числа контактов и размеров кулачковых контроллеров в ряде случаев сопротивления в цепи ротора двигателя изменяют поочередно по фазам, поэтому сопротивления фаз получаются разные. Несимметрия сопротивлений приводит к несимметрии токов фаз, а сле-

нитного поля, создаваемого н. с. статора, с н. с. ротора прямой последовательности возникает вращающий момент прямой последовательности (Мпр), всегда имеющий положительное значение, а при взаимодействии н. с. статора с н. с. ротора обратной последовательности создается момент обратной последовательности (М0бР), имеющий до примерно полусинхронной частоты вращения положительный знак [л = я0(1 — 2s)], а выше полусинхронной—отрицательный ( 1.11). На валу двигателя момент будет равен алгебраической сумме МПр и М0бр. В результате суммирования моментов механическая характеристика получается с провалом. Поэтому, когда имеется большая несимметрия сопротивлений фаз, двигатель может не достигнуть нужной частоты вращения и будет работать в районе полусинхронной частоты вращения, что, например для механизмов подъема, недопустимо. Приемлемое отклонение от допустимой несикметрии обеспечивается, если на всех ступенях регулирования соблюдаются следующие соотношения сопротивлений фаз:

При изготовлении машины или эксплуатации может возникнуть несимметрия сопротивлений фаз ротора. В двигателях с коротко-замкнутым ротором это связано с заливкой ротора, когда алюминий неравномерно заполняет пазы, а в машинах с фазным ротором — с неисправностью щеточного узла. Вследствие различия сопротивлений фаз ротора токи в фазах ротора отличаются друг от друга. Несимметричную систему токов ротора можно разложить на две симметричные системы токов ротора прямой и обратной последовательностей. Токи ротора прямой последовательности создают поле неподвижное относительно поля прямой последовательности статора. В результате взаимодействия токов статора и токов прямой последовательности ротора создается результирующее поле и момент М\.

Несимметрия сопротивлений в фазах симметричной обмотки ротора встречается в различных эксплуатационных режимах. В асинхронных двигателях с контактными кольцами на роторе несимметрия может быть связана с различием в сопротивлениях пускового реостата. В асинхронных двигателях с короткозам-киутым ротором к несимметрии могут приводить технологические дефекты в изготовлении алюминиевой короткозамкнутой обмотки, например уменьшение сечения отдельных ее стержней вследствие недоброкачественной заливки или их полный обрыв.

Более подробный анализ показывает, что магнитная и электрическая несимметрия ротора явнополюсной машины проявляется в асинхронном режиме таким же образом, как несимметрия сопротивлений в фазах ротора асинхронной машины (см. § 46-2). Поле от токов обратной последовательности основной частоты / = /i вращается с угловой скоростью (D! (имеется в виду электрическая

Несимметрия напряжения питания (у управляемых) Несимметрия сопротивлений фаз

Несимметрия сопротивлений во вторичной цепи может возникать в результате различных неисправностей (например, отсутствие контакта в цепи одной фазы трехфазного ротора или обрыв одного или нескольких стержней короткозамкнутого алюминиевого ротора вследствие дефектов литья). Иногда для уменьшения числа контактов реостата или контроллера при сохранении достаточно большого числа ступеней пуска применяются также несимметричные пусковые реостаты, в которых переключение ступеней реостата в разных фазах производится неодновременно. Например, если каждая фаза трехфазного пускового реостата имеет п = 2 ступени и переключение ступеней в каждой фазе производится одновременно, то получим 2+1=3 ступени пуска. Если же ступени каждой фазы переключить поочередно, то получим 2-3+1=7 ступеней пуска. В последнем случае большое число ступеней пуска достигается при относительно простой и дешевой пусковой аппаратуре.

Несимметрия сопротивлений во вторичной цепи может возникать в результате различных неисправностей {например, отсутствие контакта в цепи одной фазы трехфазного ротора или обрыв одного или нескольких стержней короткозамкнутого алюминиевого ротора вследствие дефектов литья). Иногда для уменьшения числа контактов реостата или контроллера при сохранении достаточно большого числа ступеней пуска применяются также несимметричные пусковые реостаты, в которых переключение ступеней реостата в разных фазах производится неодновременно. Например, если каждая фаза трехфазного пускового реостата имеет п = 2 ступени и переключение ступеней в каждой фазе производится одновременно, то получим 2+1=3 ступени пуска. Если же ступени каждой фазы переключить поочередно, то получим 2-3 + 1 =7 ступеней пуска. В последнем случае большое число ступеней пуска достигается при относительно простой и дешевой пусковой аппаратуре.

Учитывая, что при большом числе ступеней ускорения, применяемых в силовых барабанных контроллерах, несимметрия сопротивлений цепей ротора получается неболь-