Работа трехфазного асинхронного двигателя при напряжении, отличном от номинального

В процессе эксплуатации асинхронных двигателей может оказаться, что питающее напряжение U₁ при неизменной частоте f₁ будет отличаться от номинального значения. В связи с этим представляет практический интерес выяснить, как эти отклонения напряжения повлияют на характеристики двигателя. При анализе будем считать, что момент сопротивления М_состается неизменным и равным электромагнитному моменту М двигателя.

Работа двигателя при U₁ < U_{1 ном}.Характеристики двигателя при любых значениях напряжения могут быть получены с помощью схемы замещения. Здесь проведем качественный анализ влияния снижения напряжения U₁на основные показатели двигателя. Как было сказано, при снижении подводимого напряжения увеличивается скольжение и пропорционально квадрату напряжения уменьшается максимальный момент, т. е. снижается перегрузочная способность двигателя. Известно, что при снижении U₁ пропорционально уменьшается результирующий магнитный поток Ф, а также и намагничивающий ток двигателя I₁₂. Вследствие нелинейности магнитной характеристики изменение намагничивающего тока I₁₂ происходит более резко, чем магнитного потока Ф. При уменьшении магнитного потока снижаются магнитные потери в статоре.

Так как М_с = М = с_М Ф I₂ cos ψ₂=const, то при уменьшении потока Ф соответственно увеличится активная составляющая тока ротора I₂ cos ψ₂. Из-за увеличения скольжения s и частоты в роторе f₂ происходит возрастание и реактивной составляющей этого тока. Таким образом, при уменьшении напряжения U₁ ток I₂ и угол ψ₂ увеличиваются (tg ψ₂= x₂s/r₂). Соответственно пропорционально I₂²возрастают и электрические потери в обмотке ротора.

Ток статора I₁ имеет две составляющие, одна I₁₂ уменьшается, а другая (-I'₂) увеличивается при снижении U₁. Как изменится ток I₁ при уменьшении U₁ зависит оттого,какая из этих составляющих будет оказывать на него более сильное влияние. Обычно при больших нагрузках сильнее влияет составляющая I'₂и ток I₁ возрастает, а при малых нагрузках сильнее проявляет влияние составляющая I₁₂ и ток I₁ уменьшается.

В соответствии с этим при больших нагрузках электрические потери в обмотке статора увеличиваются, а КПД и cos φ₁ двигателя уменьшаются. При малых нагрузках картина будет обратной.

Из-за увеличения потерь и нагрева обмоток работа асинхронных двигателей с нагрузками, близкими к номинальной, при значительном снижении питающего напряжения может оказаться невозможной. Согласно ГОСТ 183-74 допустима работа двигателей с номинальной мощностью при уменьшении питающего напряжения до 5 % номинального.

При малых нагрузках в целях повышения энергетических показателей двигателя (КПД и cos φ₁) бывает иногда целесообразно подключение их на пониженное напряжение. Для этой цели, например, например, в практике используется переключение обмотки статора с треугольника на звезду у двигателей, длительная нагрузка которых не превышает 30-40% номинальной. При этом переключении фазное напряжение уменьшается в √3 раз.

Работа двигателя при U₁ > U_{1 ном}. Анализ работы двигателя при U₁ > U_{1 ном} можно провести так же, как и в предыдущем случае. Следует однако иметь в виду, что если магнитная цепь двигателя достаточно насыщена, то увеличение потока, которое произойдет при повышении напряжения U₁ вызовет сильное возрастание намагничивающего тока I₁₂. Он может стать больше номинального тока статора и тогда длительная работа двигателя будет невозможна даже при холостом ходе. Согласно ГОСТ 183-74 допустима работа двигателя с номинальной мощностью при повышении питающего напряжения до 10 % номинального.