Электроснабжение железных дорог: Методические указания к выполнению лабораторных работ, страница 14

Краткие теоретические сведения

Одним из наиболее распространенных потребителей нетяговой нагрузки является асинхронный привод. На электрифицированных железных дорогах нетяговые потребители, как правило, получают питание от тяговых подстанций. При системе однофазного переменного тока тяговые нагрузки загружают трансформаторы подстанций неравномерно, создавая несимметричные токи в обмотках трансформаторов. Эта несимметрия токов  распространяется и на систему внешнего электроснабжения. В результате протекания неодинаковых токов по фазам создаются неодинаковые потери напряжения, приводящие к появлению вместо системы симметричных напряжений трех различных междуфазных напряжений.

Если к такой уже несимметричной системе напряжений подключается асинхронный двигатель, то в нем возникает несимметрия токов по фазам двигателя, т.е. при одинаковых сопротивлениях обмоток двигателя токи становятся различными. Обмотка, оказавшаяся под более высоким напряжением, оказывается наиболее загруженной, перегревается и даже может сгореть.

Несимметрия напряжений в асинхронном двигателе сказывается на величине момента вращения ротора, но это влияние не столь значительно и его практически не учитывают. Более существенно влияние на мощность, которую асинхронный двигатель при несимметрии напряжений существенно снижает.

Оценка несимметрии напряжений производится с помощью коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности.

где  – действующее значение напряжения обратной последовательности основной частоты трехфазной системы напряжений;

 – действующее значение  напряжения прямой последовательности основной частоты.

Расчет несимметрии токов и напряжений производится известными  из курса ТОЭ методами [1], но трудоемок.

Поэтому практически  коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности допускается определять по формуле:

                                           (6.1)

где  – номинальное значение междуфазного напряжения, а само значение напряжения обратной последовательности вычислять по приближенной формуле:

,                        (6.2)

где  и  – наибольшее и наименьшее действующие значения из трех междуфазных напряжений основной частоты, которые можно принять равными действующим значениям, измеренным по показаниям вольтметров.

Рассмотрим влияние  несимметрии напряжений на работу асинхронного двигателя.

Номинальная мощность двигателя

,                                 (6.3)

где ,  – соответственно номинальные значения напряжения и тока одной фазы двигателя при симметричном напряжении;

 – коэффициент мощности двигателя;

 – к.п.д. двигателя.

При нормальной работе номинальная мощность двигателя не должна превышать полезной механической нагрузки P_нагр., т.е. должно иметь место неравенство P_нагр. ≤ Р_н.

Величина номинального тока двигателя лимитируется максимально допустимым нагревом обмоток. Количество тепла, выделяемого током одной обмотки

,                                               (6.4)

где  – сопротивление обмотки  с учетом зависимости ее от температуры нагрева

,                                    (6.5)

где  – температурный коэффициент электрического  сопротивления,  в среднем для меди  = 0,00382, можно принять =0,004.

 – сопротивление обмотки при t=20 °С.

В установившемся номинальном режиме работы двигателя количество тепла, выделяемого в каждой обмотке, должно быть равно теплу, отводимому от обмотки. Если же количество тепла отводится меньше, чем выделяется, то обмотка нагревается сверх допустимой температуры. Наибольшая допустимая температура t_макс = 95 °С.

При несимметрии напряжения в обмотке, оказавшейся под наибольшем напряжением, потечет ток, который можно определить по формуле [2]:

                                      (6.6)

К – кратность пускового тока двигателя.