Рабочие характеристики асинхронного двигателя. Характеристики асинхронного двигателя

Характеристики асинхронного двигателя

2018-01-11 Статьи  

Асинхронные двигатели давно и прочно заняли свою нишу в промышленном и частном секторе. Без них невозможно представить себе ни одно производство, да и в загородном хозяйстве они широко применяются. Я думаю любой, даже далекий от электрики человек имеет представление о том, что они из себя представляют. А вот многие ли обращали внимание на металлические таблички или по другому шильды, прикрепленные к двигателю и на те технические данные, которые на них указаны?

Я думаю, что ответ будет отрицательный. А ведь эта информация может многое рассказать о самом двигателе и его технических характеристиках. Это своего рода техпаспорт электродвигателя. Давайте же разберемся с этим вопросом.

Итак, согласно требованиям ГОСТ 183-74 «МАШИНЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ВРАЩАЮЩИЕСЯ Общие технические условия» на корпусе электродвигателя должна быть установлена табличка-шильда, на которой указываются основные характеристики двигателя. На фото ниже показана шильда от довольно распространенного двигателя АИР71А2У3.

На ней в первую очередь указан сам тип двигателя. Первые буквы АИР обозначают серию (тип) двигателя. Следующие цифры 71 обозначают высоту в мм оси вращения вала от плоскости, на которой установлен эл.двигатель. Далее буква А показывает установочный размер по длине станины двигателя: А, S – короткая; В, М –средняя; С, L – длинная. Цифра 2 — число полюсов электродвигателя. Может иметь значение 2 (3000 об/мин), 4 (1500 об/мин), 6 (1000 об/мин), 8 (750 об/мин), 12 (600 об/мин). Буква У показывает климатическое исполнение, в данном случае для умеренного климата. Может также иметь значение Т — тропический климат, УХЛ — умеренно холодный климат, ХЛ — холодный климат, ОМ — на судах морского и речного флота. И наконец последняя цифра 3 обозначает категорию эксплуатации — в помещении. Также бывают категории 5 — в помещении с повышенной влажностью, 4 — в помещении с искусственно регулируемыми климатическими условиями, 2 — на улице под навесом, 1 — на открытом воздухе.

Далее у нас идет заводской серийный номер N который идентифицирует конкретный двигатель.

На следующей строке значение 3Ф~ 50Hz говорит нам о том, что двигатель подключается к трехфазной сети переменного тока с частотой 50Hz. Значок Y указывает нам на схему подключения обмоток. В данном случае двигатель подключается только по схеме «звезда». Номинальное напряжение при этом должно быть 380 V. Чаще можно встретить схему подключения ∆/Y, указывающаю на возможность подключения как «треугольником», так и «звездой». Номинальное напряжение будет указано как 220/380 V, то есть по схеме «треугольник» двигатель подключается на 220 V, а по схеме «звезда» на 380 V. Также в этой строке указан номинальный ток двигателя — 1.8 А.

Далее указана номинальная полезная мощность на валу — 0.75 kW, или 750 W. 2820 r/min означает номинальную частоту оборотов двигателя в минуту. Следующее значение коэффициент полезного действия (КПД). У данного двигателя он составляет 79.0% ((η = 0,79). И в конце строки указан коэффициент мощности cos φ равный 0.80. Этот параметр показывает соотношение между полной и активной мощностью. Чем выше cos φ, тем меньше тока требуется для преобразования электроэнергии в другие виды энергии.

Следующей строкой на шильде указан режим работы электродвигателя S1 — продолжительный режим работы, характеризуется работой электродвигателя при постоянной нагрузке и потерях на протяжении длительного времени, пока все части машины не достигнут неизменной температуры. Также может иметь значение:

• S2 – кратковременный режим работы – это работа электродвигателя на протяжении небольшого отрезка времени под постоянной нагрузкой.
• S3 – периодический повторно-кратковременный режим работы, представляет собой последовательность одинаковых циклов, работа в которых происходит при постоянной, неизменной нагрузке.
• S4 – повторно-кратковременный режим работы с влиянием пусковых процессов.
• S5 – Повторно-кратковременный режим с электрическим торможением.
• S6 – перемежающийся режим работы – последовательность циклов, при которой работа происходит в течении времени с нагрузкой, и время работает на холостом ходу.
• S7 – Перемежающийся режим с влиянием пусковых токов и электрическим торможением.
• S8 — Периодический перемежающийся режим с периодически изменяющейся частотой вращения.

Далее указан класс изоляции двигателя F — параметр определяющий максимальную температуру нагрева обмоток двигателя, при которой его допускается эксплуатировать. По стандарту подразделяются на класс А — 105°C, B — 130°C, F — 155°C и H — 180°C. То есть в нашем случае допускается эксплуатировать двигатель с температурой обмоток 155°C.

Также на шильде указан вес двигателя — 8.7 Kg и степень защиты — IP54. Первая цифра обозначает защиту от пыли:

• 0 — без защиты
• 1 — защита от твердых объектов свыше 50мм
• 2 — защита от твердых объектов свыше 12мм
• 3 — защита от твердых объектов свыше 2,5мм
• 4 — защита от твердых объектов свыше 1мм
• 5 — защита от пыли (без осаждения опасных материалов)
• 6 — полная защита от пыли

Вторая цифра обозначает защиту от влаги:

• 0 — без защиты
• 1 — защита от вертикально падающих капель
• 2 — защита от капель воды падающих на оболочку наклоненную под углом не более 15 градусов к вертикали
• 3 - защита от капель воды падающих на оболочку наклоненную под углом не более 60 градусов к вертикали
• 4 — защита от брызг воды любого направления
• 5 — защита от струй воды любого направления
• 6 — защита от воздействий, подобных морским накатам.

В заключении стоит отметить, что обозначения на импортных двигателях могут немного отличаться от российских стандартов, однако основные параметры, такие как габариты, способ подключения обмоток, напряжение, мощность, частота легко читаемы на любом двигателе.

electric-blogger.ru

Рабочие характеристики асинхронного двигателя

РАБОТА ПО ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ

"Рабочие характеристики асинхронного двигателя"

Введение

Асинхронная электрическая машина – это электрическая машина переменного тока, у которой частота вращения ротора не равна частоте вращения магнитного поля статора и зависит от нагрузки. Используется в основном как двигатель и как генератор. Статор имеет пазы, в которые укладывается одно- или многофазная (чаще трёхфазная) обмотка, подключаемая к сети переменного тока. Эта обмотка предназначена для создания подвижного магнитного поля, вращающегося кругового- у трёхфазных и пульсирующего или вращающегося эллиптического-у однофазных машин. Ротор – вращающаяся часть электрической машины, предназначен также для создания магнитного поля, которое, взаимодействуя с полем статора, ведёт к созданию электромагнитного вращающего момента, определяющего направление преобразования энергии. У генераторов этот момент носит тормозной характер, противодействуя вращающему моменту первичного двигателя, приводящего в движение ротор. У двигателей, наоборот, этот момент является движущим, преодолевающим сопротивление приводимого во вращение ротором механизма.

Асинхронный генератор-это асинхронная электрическая машина, работающая в генераторном режиме. Вспомогательный источник электрического тока небольшой мощности и тормозное устройство (в электроприводе).

Асинхронный электродвигатель – это асинхронная электрическая машина, работающая в двигательном режиме. Наиболее распространен трехфазный асинхронный электродвигатель (изобретен в 1889 М.О. Доливо-Добровольским). Асинхронные электродвигатели отличаются относительной простотой конструкции и надежностью в эксплуатации, однако имеют ограниченный диапазон частоты вращения и низкий коэффициент мощности при малых нагрузках. Мощность от долей Вт до десятков МВт.

1. Асинхронный двигатель

1.1 Частота вращения магнитного поля и ротора

Пусть n 1 – частота вращения магнитного поля. Многофазная система переменного тока создаёт вращающееся магнитное поле, частота вращения которого в минуту n1=60f1/p, где f1 – частота тока, p – число пар полюсов, образуемых каждой фазой статорной обмотки.

n 2 – частота вращения ротора. Если ротор вращается с частотой не равной частоте вращения магнитного поля (n2≠n1), то такая частота называется асинхронной. В асинхронном двигателе рабочий процесс может протекать только при асинхронной частоте.

При работе частота вращения ротора всегда меньше частоты вращения поля.

( n 2< n 1)

1.2 Принцип действия асинхронного двигателя

В асинхронных двигателях вращающееся магнитное поле создаётся трёхфазной системой при включении её в сеть переменного тока. Вращающееся магнитное поле статора пересекает проводники обмотки ротора и индуцирует в них э.д.с. Если обмотка ротора замкнута на какое-либо сопротивление или накоротко, то в ней под действием индуцируемой э.д.с. проходит ток. В результате взаимодействия тока в обмотке ротора с вращающимся магнитным полем обмотки статора создаётся вращающий момент, под действием которого ротор начинает вращаться по направлению вращения магнитного поля. Для изменения направления вращения ротора необходимо поменять местами по отношению к зажимам сети любые два из трёх проводов, соединяющих обмотку статора с сетью.

1.3 Устройство асинхронного двигателя

Сердечник статора набирается из стальных пластин, толщиной 0,35 или 0,5 мм. Пластины штампуют с пазами и крепят в станине двигателя. Станину устанавливают на фундаменте. В продольные пазы статора укладывают проводники его обмотки, которые соединяют между собой так, что образуется трёхфазная система. Для подключения обмоток статора к трёхфазной сети они могут быть соединены звездой или треугольником. Это даёт возможность включить двигатель в сеть с разным напряжением. Для более низких напряжений (220/127 В) обмотка статора соединяется треугольником, для более высоких (380/220 В) – звездой. Сердечник ротора также набирают из стальных пластин толщиной 0,5 мм. Пластины штампуют с пазами и собирают в пакеты, которые крепят на валу машины. Из пакетов образуется цилиндр с продольными пазами, в которых укладывают проводники обмотки ротора. В зависимости от типа обмотки ротора асинхронные машины могут быть с фазным и короткозамкнутым ротором. В короткозамкнутую обмотку нельзя включить сопротивление. В Фазной обмотке проводники соединены между собой, образуя трёхфазную систему. Обмотки трёх фаз соединены звездой. Обмотку ротора можно замкнуть на сопротивление или накоротко. Двигатели с короткозамкнутым ротором проще и дешевле, однако двигатели с фазным ротором обладают лучшими пусковыми и регулировочными свойствами (они используется при больших мощностях). Мощность асинхронных двигателей колеблется от нескольких десятков Ватт до 15000 кВт при напряжении обмотки статора до 6 кВ. Недостаток асинхронных двигателей – низкий коэффициент мощности.

1.4 Работа асинхронного двигателя под нагрузкой

n 1 – частота вращения магнитного поля статора. n 2 – частота вращения ротора.

n 1 > n 2

Магнитное поле статора вращается в том же направлении, что и ротор и скользит относительно ротора с частотой n s = n 1 – n 2

Отставание ротора от вращающегося магнитного поля статорахарактеризуется скольжениемS = n s / n 1, => S = ( n 1 – n 2) / n 1

Если ротор неподвижен, тоn 2 =0, S = ( n 1 – n 2) / n 1, => S = n 1 / n 1 =1

Если ротор вращается синхронно с магнитным полем, то скольжение S= 0.

При холостом ходе, то есть при отсутствии нагрузки на валу двигателя скольжение ничтожно мало и его можно принять равным 0. Нагрузкой на валу ротора может служить, например резец токарного станка. Он создаёт тормозной момент. При равенстве вращающего и тормозного момента двигатель будет работать устойчиво. Если нагрузка на валу увеличилась, то тормозной момент станет больше вращающего и частота вращения ротора n 2 уменьшится. Согласно формулеS = ( n 1 – n 2) / n 1 скольжение увеличится. Так как магнитное поле статора скользит относительно ротора с частотой n s = n 1 – n 2, то оно будет пересекать проводники ротора чаще, в них увеличится ток и двигательный вращающий момент, который вскоре станет равным тормозному. При уменьшении нагрузки, тормозной момент становится меньше вращающего, увеличивается n 2 и уменьшаетсяS . Уменьшается Э.Д.С и ток ротора и вращающий момент вновь равен тормозному. Магнитный поток в воздушном зазоре машины при любом изменении нагрузки остаётся примерно постоянным.

2. Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Рабочие характеристики асинхронного двигателя есть зависимость

S – скольжения

n2 – частоты вращения ротора

М – развиваемого момента

I1-потребляемого тока

Р1-расходуемой мощности

СОSφ-коэффициента мощности

КПДη

От полезной мощности Р2 на валу машины.

Эти характеристики снимаются при естественных условиях. Частота тока f1 и напряжение U1 остаются постоянными. Изменяется только нагрузка на валу двигателя.

При увеличении нагрузки на валу двигателя S увеличивается. При холостом ходе двигателя n2≈n1, и S≈0. При номинальной нагрузке скольжение обычно составляет от 3 до 5%.

При увеличении нагрузки на валу двигателя частота вращения n2 уменьшается. Однако, изменение частоты вращения при увеличении нагрузки от 0 до номинальной очень незначительны и не превышают 5%. Поэтому, скоростная характеристика асинхронного двигателя является жёсткой. Кривая имеет очень малый наклон к горизонтальной оси.

Вращающий момент М , развиваемый двигателем, уравновешен тормозным моментом на валу Мт и моментом М 0 , идущим на преодоление механических потерь, то есть М= Мт + М 0 =Р 2 /Ω 2 + М 0 , где Р 2 – полезная мощность двигателя, Ω 2 -угловая скорость ротора. При холостом ходе М= М 0. С увеличением нагрузки вращающий момент также увеличивается, причём за счёт некоторого уменьшения частоты вращения ротора увеличение вращающего момента происходит быстрее, чем полезной мощности на валу.

Ток I1, потребляемый двигателем из сети неравномерно изменяется с увеличением нагрузки на валу двигателя. При холостом ходе СОSφ-коэффициента мощности – мал. И ток имеет большую реактивную составляющую. При малых нагрузках на валу двигателя активная составляющая тока статора меньше реактивной составляющей, поэтому активная составляющая тока незначительно влияет на ток I1. При больших нагрузках активная составляющая тока статора становится больше реактивной и изменение нагрузки вызывает значительное изменение тока I1.

Графическая зависимость потребляемой двигателем мощности Р1 изображается почти прямой линией, незначительно отклоняющейся вверх при больших нагрузках, что объясняется увеличением потерь в обмотках статора и ротора с возрастанием нагрузки.

Зависимость СОSφ-коэффициента мощности – от нагрузки на валу двигателя следующая. При холостом ходе СОSφ мал, порядка 0,2. Так как активная составляющая тока статора, обусловленная потерями мощности в машине, мала по сравнению с реактивной составляющей этого тока, создающей магнитный поток. При увеличении нагрузки на валу СОSφ возрастает, достигая наибольшего значения 0,8–0,9, в результате увеличения активной составляющей тока статора. При очень больших нагрузках происходит некоторое уменьшение СОSφ, так как в следствие значительного увеличения скольжения и частоты тока в роторе возрастает реактивное сопротивление обмотки ротора.

Кривая КПДη имеет такой же вид как в любой машине или трансформаторе. При холостом ходе КПД=0. С увеличением нагрузки на валу двигателя КПД резко увеличивается, а затем уменьшается. Наибольшего значения КПД достигает при такой нагрузке, когда потери мощности в стали и механические потери, не зависящие от нагрузки, равны потери мощности в обмотках статора и ротора, зависящим от нагрузки.

mirznanii.com

Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Под потерей фазы понимают однофазный режим работы электродвигателя в результате отключения питания по одному из проводов трехфазной системы.

Причинами потери фазы электродвигателем могут быть: обрыв одного из проводов, сгорание одного из предохранителей; нарушение контакта в одной из фаз.

В зависимости от обстоятельств, при которых произошла потеря фазы, могут быть разные режимы работы электродвигателя и последствия, сопутствующие этим режимам. При этом следует принимать во внимание следующие факторы: схему соединения обмоток электродвигателя ("звезда" или "треугольник"), рабочее состояние двигателя в момент потери фазы (потеря фазы может произойти до или после включения двигателя, во время работы под нагрузкой), степень загрузки двигателя и механическую характеристику рабочей машины, число электродвигателей, работающих при потере фазы, и их взаимное влияние.

Здесь следует обратить внимание на особенность рассматриваемого режима. В трехфазном режиме каждая фаза обмотки обтекается током, сдвинутым во времени на одну треть периода. При потере фазы две обмотки обтекаются одним и тем же током, в третьей фазе ток отсутствует. Несмотря на то, что концы обмоток присоединены к двумя фазным проводам трехфазной системы, токи в обеих обмотках совпадают по времени. Такой режим работы называется однофазным.

Магнитное поле, образованное однофазным током, в отличие от вращающегося поля, образованного трехфазной системой токов, является пульсирующим. Оно изменяется во времени, но не перемещается по окружности статора. На рисунке 1, а показан вектор магнитного потока, создаваемого в двигателе при однофазном режиме. Этот вектор не вращается, а лишь изменяется по величине и знаку. Круговое поле сплющивается до прямой линии.

Рисунок 1. Характеристики асинхронного двигателя в однофазном режиме: а — графическое изображение пульсирующего магнитного поля; б — разложение пульсирующего поля на два вращающихся; в — механические характеристики асинхронного двигателя в трехфазном (1) и однофазном (2) режимах работы.

Пульсирующее магнитное поле можно рассматривать состоящим из двух вращающихся навстречу друг другу равных по величине полей (рис. 1, б). Каждое поле взаимодействует с обмоткой ротора и образует вращающий момент. Их суммарное действие создает вращающий момент на валу двигателя.

В том случае, когда потеря фазы произошла до включения двигателя в сеть, на неподвижный ротор действуют два магнитных поля, которые образуют два противоположных по знаку, но равных по величине момента. Их сумма будет равна нулю. Поэтому при пуске двигателя в однофазном режиме он не может развернуться даже при отсутствии нагрузки на валу.

Если потеря фазы произошла в то время, когда ротор двигателя вращался, то на его валу образуется вращающий момент. Это можно объяснить следующим образом. Вращающийся ротор по разному взаимодействует с вращающимися навстречу друг другу полями. Одно из них, вращение которого совпадает с вращением ротора, образует положительный (совпадающий по направлению) момент, другое — отрицательный. В отличие от случая с неподвижным ротором эти моменты будут разными по величине. Их разность будет равна моменту на валу двигателя.

На рисунке 1, в показана механическая характеристика двигателя в однофазном и трехфазном режимах работы. При нулевой скорости момент равен нулю, при появлении вращения в любую сторону на валу двигателя возникает момент.

Если отключение одной из фаз произошло во время работы двигателя, когда его скорость была близка к номинальному значению, вращающий момент часто бывает достаточным для продолжения работы с небольшим снижением скорости. В отличие от трехфазного симметричного режима появляется характерное гудение. В остальном внешние проявления аварийного режима не наблюдаются. Человек, не имеющий опыта работы с асинхронными двигателями, может не заметить изменения характера работы электродвигателя.

Переход электродвигателя в однофазный режим сопровождается перераспределением токов и напряжений между фазами. Если обмотки двигателя соединены по схеме "звезда", то после потери фазы образуется схема, показанная на рисунке 2. Две последовательно соединенные обмотки двигателя оказываются включенными на линейное напряжение Uаb, двигатель при этом оказывается в однофазном режиме работы.

Сделаем небольшой расчет, определим токи, протекающие по обмоткам двигателя и сравним их с токами при трехфазном питании.

Рисунок 2. Соединение обмоток двигателя по схеме "звезда" после потерн фазы

Так как сопротивления Zа и Zв соединены последовательно, напряжения на фазах А и В будут равны половине линейного:

Приближенно величину тока можно определить исходя из следующих соображений.

Пусковой ток фазы А при потере фазы

Пусковой ток фазы А при трехфазном режиме

где Uao — фазовое напряжение сети.

Отношение пусковых токов:

Из соотношения следует, что при потере фазы пусковой ток составляет 86% от величины пускового тока при трехфазном питании. Если учесть, что пусковой ток короткозамкнутого асинхронного двигателя в 6 - 7 раз больше номинального, то получается, что по обмоткам двигателя протекает ток Iiф = 0,86 х 6 = 5,16 Iн, т. е. в пять с лишним раз превышающий номинальный. За короткий промежуток времени такой ток перегреет обмотку.

Из приведенного расчета видно, что рассматриваемый режим работы весьма опасен для двигателя и в случае его возникновения защита должна отключить с незначительной выдержкой времени.

Потеря фазы может произойти и после включения двигателя, когда его ротор будет иметь скорость вращения, соответствующую рабочему режиму. Рассмотрим токи и напряжения обмоток в случае перехода в однофазный режим при вращающемся роторе.

Величина Za зависит от скорости вращения. При пуске, когда скорость вращения ротора равна нулю, она одинакова как для трехфазного, так и для однофазного режима. В рабочем режиме в зависимости от нагрузки и механической характеристики двигателя скорость вращения может быть разной. Поэтому для анализа токовых нагрузок необходим другой подход.

Будем считать, что как в трехфазном, так и в однофазном режиме двигатель развивает. одинаковую мощность. Независимо от схемы включения электродвигателя рабочая машина требует ту же самую мощность, которая необходима для выполнения технологического процесса.

Полагая мощности на валу двигателя равными для обоих режимов, будем иметь:

при трехфазном режиме

при однофазном режиме

где Ua — фазовое напряжение сети; Uao — напряжение на фазе А в однофазном режиме, cos φ3 и cos φ1 — коэффициенты мощности при трехфазном и однофазном режимах соответственно.

Опыты с асинхронным двигателем показывают, что фактически ток возрастает почти вдвое. С некоторым запасом можно считать I1a / I2a = 2.

Для того чтобы судить о степени опасности однофазного режима работы, нужно также знать загрузку двигателя.

В первом приближении будем считать ток электродвигателя в трехфазном режиме пропорциональным его нагрузке на валу. Такое допущение справедливо при нагрузках более 50% от номинального значения. Тогда можно написать Iф = Kз х Iн, где Kз — коэффициент загрузки двигателя, Iн — номинальный ток двигателя.

Ток при однофазном режиме I1ф = 2Kзх Iн, т. е. ток при однофазном режиме будет зависеть от загрузки двигателя. При номинальной нагрузке он равен двойному номинальному току. При нагрузке менее 50% потеря фазы при соединении обмоток двигателя в "звезду" не создает опасного для обмоток превышения тока. В большинстве случаев коэффициент загрузки двигателя меньше единицы. При его значениях порядка 0,6 - 0,75 следует ожидать небольшого превышения тока (на 20— 50%) по сравнению с номинальным. Это существенно для работы защиты, так как именно в этой области перегрузок она действует недостаточно четко.

Для анализа некоторых способов защиты необходимо знать напряжение на фазах двигателя. При заторможенном роторе напряжение на фазах А и В будет равно половине линейного напряжения Uab, а напряжение на фазе С будет равно нулю.

Иначе распределяется напряжение при вращающемся роторе. Дело в том, что его вращение сопровождается образованием вращающегося магнитного поля, которое, действуя на обмотки статора, наводит в них электродвижущую силу. Величина и фаза этой электродвижущей силы таковы, что при скорости вращения, близкой к синхронной, на обмотках восстанавливается симметричная система трехфазного напряжения, а напряжение нейтрали звезды (точка 0) становится равным нулю. Таким образом, при изменении скорости вращения ротора от нуля до синхронной в однофазном режиме работы напряжение на фазах А и В изменяется от значения, равного половине линейного, до значения, равного фазовому напряжению сети. Например, в системе напряжения 380/220 В напряжение на фазах А и В изменяется в пределах 190 - 220 В. Напряжение Uco изменяется от нуля при заторможенном роторе до фазового напряжения 220 В при синхронной скорости. Что же касается напряжения в точке 0, то оно изменяется от значения Uab/2 - до нуля при синхронной скорости.

Если обмотки двигателя соединены по схеме "треугольник", то после потери фазы мы будем иметь схему соединений, показанную на рисунке 3. В этом случае обмотка двигателя с сопротивлением Zab оказывается включенной на линейное напряжение Uab, а обмотка с сопротивлениями Zfc и Zbc — соединенной последовательно и включенной на то же самое линейное напряжение.

Рисунок 3. Соединение обмоток электродвигателя по схеме "треугольник" после потери фазы

В пусковом режиме по обмоткам АВ будет протекать такой же ток, как и при трехфазном варианте, а по обмоткам АС и ВС будет протекать ток в два раза меньший, так как эти обмотки соединены последовательно.

Токи в линейных проводах I'a=I'b будут равны сумме токов в параллельных ветвях: I'А = I'ab + I'bc = 1,5 Iab

Таким образом, в рассматриваемом случае при потере фазы пусковой ток в одной из фаз будет равен пусковому току при трехфазном питании, а линейный ток возрастает менее интенсивно.

Для расчета токов в случае потери фазы после включения двигателя в работу применим тот же метод, что и для схемы "звезда". Будем считать, что как в трехфазном, так и в однофазном режимах двигатель развивает одинаковую мощность.

В этом режиме работы ток в наиболее нагруженной фазе при потере фазы увеличивается вдвое по сравнению с током при трехфазном питании. Ток в линейном проводе будет равен I'А = 3Iab, а при трехфазном питании Ia = 1,73 Iab.

Здесь важно отметить, что в то время как фазовый ток возрастает в 2 раза, линейный ток увеличивается только в 1,73 раза. Это существенно, так как токовая защита реагирует на линейные токи. Расчеты и выводы относительно влияния коэффициента загрузки на ток однофазного режима при соединении "звезда" остаются в силе и для случая схемы "треугольник".

Напряжения на фазах АС и ВС будут зависеть от скорости вращения ротора. При заторможенном роторе Uac' = Ubc' = Uab/2

При скорости вращения, равной синхронной, восстанавливается симметричная система напряжений, т. е. Uac' = Ubc' = Uab.

Таким образом, напряжения на фазах АС и ВС при изменениях скорости вращения от нуля до синхронной будут меняться от значения, равного половине линейного, до значения, равного линейному напряжению. 

Токи и напряжения на фазах двигателя при однофазном режиме зависят также и от числа двигателей.

Часто обрыв фазы происходит из-за перегорания одного из предохранителей на питающем фидере подстанции или распределительного устройства. В результате в однофазном режиме оказывается группа потребителей, взаимно влияющих друг на друга. Распределение токов и напряжений зависит от мощности отдельных двигателей и их нагрузки. Здесь возможны различные варианты. Если мощности электродвигателей равны, а их нагрузка одинакова (например, группа вытяжных вентиляторов), то всю группу двигателей можно заменить одним эквивалентным.

studfiles.net

§79. Характеристики асинхронных двигателей | Электротехника

Характеристики асинхронных двигателей. Для правильной эксплуатации асинхронного двигателя необходимо знать его характеристики: механическую и рабочие.

Механическая характеристика. Зависимость частоты вращения ротора от нагрузки (вращающегося момента на валу) называется механической характеристикой асинхронного двигателя (рис. 262, а). При номинальной нагрузке частота вращения для различных двигателей обычно составляет 98—92,5 % частоты вращения n1 (скольжение sном = 2 – 7,5 %). Чем больше нагрузка, т. е. вращающий момент, который должен развивать двигатель, тем меньше частота вращения ротора. Как показывает кривая

Рис. 262. Механические характеристики асинхронного двигателя: а — естественная; б — при включении пускового реостата

на рис. 262, а, частота вращения асинхронного двигателя лишь незначительно снижается при увеличении нагрузки в диапазоне от нуля до наибольшего ее значения. Поэтому говорят, что такой двигатель обладает жесткой механической характеристикой.

Наибольший вращающий момент Mmax двигатель развивает при некоторое скольжении skp, составляющем 10—20%. Отношение Mmax/Mном определяет перегрузочную способность двигателя, а отношение Мп/Мном — его пусковые свойства.

Двигатель может устойчиво работать только при обеспечении саморегулирования, т. е. автоматическом установлении равновесия между приложенным к валу моментом нагрузки Мвн и моментом М, развиваемым двигателем. Этому условию соответствует верхняя часть характеристики до достижения Mmax (до точки В). Если нагрузочный момент Мвн превысит момент Mmax, то двигатель теряет устойчивость и останавливается, при этом по обмоткам машины будет длительно проходить ток в 5—7 раз больше номинального, и они могут сгореть.

При включении в цепь обмоток ротора пускового реостата получаем семейство механических характеристик (рис. 262,б). Характеристика 1 при работе двигателя без пускового реостата называется естественной. Характеристики 2, 3 и 4, получаемые при подключении к обмотке ротора двигателя реостата с сопротивлениями R1п (кривая 2), R2п (кривая 3) и R3п (кривая 4), называют реостатными механическими характеристиками. При включении пускового реостата механическая характеристика становится более мягкой (более крутопадающей), так как увеличивается активное сопротивление цепи ротора R2 и возрастает sкp. При этом уменьшается пусковой ток. Пусковой момент Мп также зависит от R2. Можно так подобрать сопротивление реостата, чтобы пусковой момент Мп был равен наибольшему Мmax.

В двигателе с повышенным пусковым моментом естественная механическая характеристика приближается по своей форме к характеристике двигателя с включенным пусковым реостатом. Вращающий момент двигателя с двойной беличьей клеткой равен сумме двух моментов, создаваемых рабочей и пусковой клетками. Поэтому характеристику 1 (рис. 263) можно получить путем суммирования характеристик 2 и 3, создаваемых этими клетками. Пусковой момент Мп такого двигателя значительно больше, чем момент М’п обычного короткозамкнутого двигателя. Механическая характеристика двигателя с глубокими пазами такая же, как и у двигателя с двойной беличьей клеткой.

Рабочие характеристики. Рабочими характеристиками асинхронного двигателя называются зависимости частоты вращения n (или скольжения s), момента на валу М2, тока статора I1 коэффициента полезного действия ? и cos?1, от полезной мощности Р2 = Рmx при номинальных значениях напряжения U1 и частоты f1 (рис. 264). Они строятся только для зоны практической устойчивой работы двигателя, т. е. от скольжения, равного нулю, до скольжения, превышающего номинальное на 10—20%. Частота вращения n с ростом отдаваемой мощности Р2 изменяется мало, так же как и в механической характеристике; вращающий момент на валу М2 пропорционален мощности Р2, он меньше электромагнитного момента М на значение тормозящего момента Мтр, создаваемого силами трения.

Ток статора I1, возрастает с увеличением отдаваемой мощности, но при Р2 = 0 имеется некоторый ток холостого хода I0. К. п. д. изменяется примерно так же, как и в трансформаторе, сохраняя достаточно большое значение в сравнительно широком диапазоне нагрузки.

Наибольшее значение к. п. д. для асинхронных двигателей средней и большой мощности составляет 0,75—0,95 (машины большой мощности имеют соответственно больший к. п. д.). Коэффициент мощности cos?1 асинхронных двигателей средней и большой мощности при полной нагрузке равен 0,7—0,9. Следовательно, они загружают электрические станции и сети значительными реактивными токами (от 70 до 40% номинального тока), что является существенным недостатком этих двигателей.

Рис. 263. Механическая характеристика асинхронного двигателя с повышенным пусковым моментом (с двойной беличьей клеткой)

Рис. 264. Рабочие характеристики асинхронного двигателя

При нагрузках 25—50 % номинальной, которые часто встречаются при эксплуатации различных механизмов, коэффициент мощности уменьшается до неудовлетворительных с энергетической точки зрения значений (0,5—0,75).

При снятии нагрузки с двигателя коэффициент мощности уменьшается до значений 0,25—0,3, поэтому нельзя допускать работу асинхронных двигателей при холостом ходе и значительных недогрузках.

Работа при пониженном напряжении и обрыве одной из фаз.Понижение напряжения сети не оказывает существенного влияния на частоту вращения ротора асинхронного двигателя. Однако в этом случае сильно уменьшается наибольший вращающий момент, который может развить асинхронный двигатель (при понижении напряжения на 30% он уменьшается примерно в 2 раза). Поэтому при значительном падении напряжения двигатель может остановиться, а при низком напряжении — не включиться в работу.

На э. п. с. переменного тока при уменьшении напряжения в контактной сети соответственно уменьшается и напряжение в трехфазной сети, от которой питаются асинхронные двигатели, приводящие во вращение вспомогательные машины (вентиляторы, компрессоры, насосы). Для того чтобы обеспечить нормальную работу асинхронных двигателей при пониженном напряжении (они должны нормально работать при уменьшении напряжения до 0,75Uном), мощность всех двигателей вспомогательных машин на э. п. с. берется примерно в 1,5—1,6 раза большей, чем это необходимо для привода их при номинальном напряжении. Такой запас по мощности необходим также из-за некоторой несимметрии фазных напряжений, так как на э. п. с. асинхронные двигатели питаются не от трехфазного генератора, а от расщепителя фаз. При несимметрии напряжений фазные токи двигателя будут неодинаковы и сдвиг между ними по фазе не будет равен 120°. В результате по одной из фаз будет протекать больший ток, вызывающий увеличенный нагрев обмоток данной фазы. Это заставляет ограничивать нагрузку двигателя по сравнению с работой его при симметричном напряжении. Кроме того, при несимметрии напряжений возникает не круговое, а эллиптическое вращающееся магнитное поле и несколько изменяется форма механической характеристики двигателя. При этом уменьшаются его наибольший и пусковой моменты. Несимметрию напряжений характеризуют коэффициентом несимметрии, который равен среднему относительному (в процентах) отклонению напряжений в отдельных фазах от среднего (симметричного) напряжения. Систему трехфазных напряжений принято считать практически симметричной, если этот коэффициент меньше 5 %.

При обрыве одной из фаз двигатель продолжает работать, но по неповрежденным фазам будут протекать повышенные токи, вызывающие увеличенный нагрев обмоток; такой режим не должен допускаться. Пуск двигателя с оборванной фазой невозможен, так как при этом не создается вращающееся магнитное поле, вследствие чего ротор двигателя не будет вращаться.

Использование асинхронных двигателей для привода вспомогательных машин э. п. с. обеспечивает значительные преимущества по сравнению с двигателями постоянного тока. При уменьшении напряжения в контактной сети частота вращения асинхронных двигателей, а следовательно, и подача компрессоров, вентиляторов, насосов практически не изменяются. В двигателях же постоянного тока частота вращения пропорциональна питающему напряжению, поэтому подача этих машин существенно уменьшается.

electrono.ru

Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Зависимости момента М,потребляемой мощностиP1, коэффициента мощности cos, коэффициента полезного действия (КПД), обычно обозначаемого символом , скольжения ротораsи тока статора от полезной мощности, т.е. мощности на валу двигателяР2,называются рабочими характеристиками асинхронного электродвигателя. На рис. 9 показано поведение рабочих характеристик.

Зависимость М(Р2) определяется формулой

М = 9,55Р2/n2,

из которой следует, что полезный момент на валу двигателя Мс увеличением полезной мощности Р2возрастает несколько быстрее, чем Р2, так как частота вращения ротора двигателяn2при этом уменьшается.

Рис. 9

В связи с тем, что ток статора имеет реактивную (индуктивную) составляющую, необходимую для создания вращающего магнитного поля, коэффициент мощности асинхронных двигателей всегда меньше единицы. Значение cosдля нормальных асинхронных двигателей средней мощности при номинальной нагрузке составляет 0,83–0,89. С уменьшением нагрузки на валу двигателя коэффициент мощности снижается и доходит до значений 0,2–0,3 при холостом ходе. В этом режиме полезная мощность на валу равна нулю, однако, при этом двигатель потребляет активную мощность из сети, расходуемую на магнитные потери, поэтому коэффициент мощности здесь не равен нулю. С увеличением нагрузки сверх нормативной наблюдается некоторое снижение значения коэффициента мощности за счет увеличения индуктивной составляющей сопротивления обмотки статора асинхронного двигателя. Характер изменения коэффициента мощности от нагрузки асинхронного двигателя имеет примерно такой же вид и изменяется по тем же причинам, что и у трансформатора.

Зависимость КПД асинхронного двигателя от нагрузки (Р2) определяется формулой

 = Р2 /Р1 = Р2 / (Р2+Р

где Р1 —активная мощность, потребляемая двигателем от питающей сети;Р—суммарные потери мощности в двигателе, равные сумме потерь мощности в магнитопроводе, электрических потерь мощности в обмотках статора, электрических потерь мощности в обмотках ротора, механических потерь и добавочных потерь мощности. При отсутствии нагрузкиР2 = 0, поэтому КПД электродвигателя при этом также равен нулю.

С увеличением нагрузки КПД двигателя растет и принимает наибольшее значение при условии, что постоянные потери мощности в электродвигателе (РС1+РС2+Рмех) оказываются равными переменным потерям мощности (РЭ1+РЭ2) в нем. При дальнейшем росте нагрузки КПД электродвигателя, так же как и трансформатора, снижается из-за сильного роста электрических потерь. Ток статора при отсутствии нагрузки равен току холостого хода (I1=I0). При увеличении мощности на валу электродвигателя возрастает и токI1, потребляемый двигателем из питающей сети. Увеличение тока происходит приблизительно по линейному закону. Однако при значительном возрастании мощности на валу линейность нарушается и ток начинает возрастать более интенсивно, чем мощность, так как коэффициент мощности двигателя при этом снижается, а электрические потери мощности в обмотках двигателя при больших нагрузках значительно возрастают. Снижение cos  и увеличение потерь мощности в двигателе компенсируются увеличением тока вследствие возрастания мощности. Этим же объясняется и характер изменения потребляемой из сети мощностиР1(Р2).

С увеличением мощности на валу, т.е. с увеличением нагрузки двигателя, вызываемой возрастанием момента сопротивления исполнительного механизма, частота вращения ротора уменьшается, а его скольжение при этом возрастает, вызывая увеличение ЭДС Е2в обмотках ротора, а следовательно, возрастание токов ротора и статора. При неизменном магнитном потоке двигателя это приводит к увеличению момента, развиваемого двигателем. Таким образом, с увеличением нагрузки на валу равновесие между моментом, развиваемым двигателем, и моментом сопротивления наступает при снижении частоты вращения. При возрастании мощности на валу асинхронного двигателя происходит снижение частоты вращения ротора.

studfiles.net

Рабочие характеристики асинхронного двигателя | Онлайн журнал электрика

Рабочие свойства асинхронного мотора представляют собой графически выраженные зависимости частоты вращения n2, КПД η, полезного момента (момента на валу) М2, коэффициента мощности cos φ, и тока статора I1 от полезной мощности Р2 при U1 = const f1 = const.

Высокоскоростная черта n2 = f(P2). Частота вращения ротора асинхронного мотора n2 = n1(1 — s).

Скольжение s = Pэ2/Pэм, т. е. скольжение асинхронного мотора, а как следует, и его частота вращения определяются отношением электронных утрат в роторе к электрической мощности. Пренебрегая электронными потерями в роторе в режиме холостого хода, можно принять Рэ2 = 0, а потому s ≈ 0 и n20 ≈ n1.

По мере роста нагрузки на валу асинхронного мотора отношение s = Pэ2/Pэм вырастает, достигая значений 0,01 — 0,08 при номинальной нагрузке. В согласовании с этим зависимость n2 = f(P2) представляет собой кривую, слабо наклоненную к оси абсцисс. Но при увеличении активного сопротивления ротора мотора r2′ угол наклона этой кривой возрастает. В данном случае конфигурации частоты асинхронного мотора n2 при колебаниях нагрузки Р2 растут. Разъясняется это тем, что с повышением r2′ растут электронные утраты в роторе.

Рис. 1. Рабочие свойства асинхронного мотора мотора

Зависимость М2 =f(P2). Зависимость полезного момента на валу асинхронного мотора М2 от полезной мощности Р2 определяется выражением M2 = Р2/ ω2 = 60 P2/ (2πn2) = 9,55Р2/ n2,

где Р2 — нужная мощность, Вт; ω2 = 2πf 2/ 60 — угловая частота вращения ротора.

Из этого выражения следует, что если n2 = const, то график М2 =f2(Р2) представляет собой прямую линию. Но в асинхронном движке с повышением нагрузки Р2 частота вращения ротора миниатюризируется, а потому нужный момент на валу М2 с повышением нагрузки растет не сколько резвее нагрузки, а как следует, график М2 =f (P2) имеет криволинейный вид.

Рис. 2. Векторная диаграмма асинхронного мотора при маленький нагрузке

Зависимость cos φ1 = f (P2). В связи с тем что ток статора асинхронного мотора I1 имеет реактивную (индуктивную) составляющую, нужную для сотворения магнитного поля в статоре, коэффициент мощности асинхронных движков меньше единицы. Меньшее значение коэффициента мощности соответствует режиму холостого хода. Разъясняется это тем, что ток холостого хода электродвигателя I0 при хоть какой нагрузке остается фактически постоянным. Потому при малых нагрузках мотора ток статора невелик и в значимой части является реактивным (I1 ≈ I0). В итоге сдвиг по фазе тока статора относительно напряжения выходит значимым (φ1 ≈ φ0), только немногим меньше 90° (рис. 2).

Коэффициент мощности асинхронных движков в режиме холостого хода обычно не превосходит 0,2. При увеличении нагрузки на валу мотора вырастает активная составляющая тока I1 и коэффициент мощности растет, достигая большего значения (0,80 — 0,90) при нагрузке, близкой к номинальной. Предстоящее повышение нагрузки на валу мотора сопровождается уменьшением cos φ1 что разъясняется возрастанием индуктивного сопротивления ротора (x2s) за счет роста скольжения, а как следует, и частоты тока в роторе.

В целях увеличения коэффициента мощности асинхронных движков очень принципиально, чтоб движок работал всегда либо по последней мере значительную часть времени с нагрузкой, близкой к номинальной. Это можно обеспечить только при правильном выборе мощности мотора. Если же движок работает значительную часть времени недогруженным, то для увеличения cos φ1, целенаправлено подводимое к движку напряжение U1 уменьшить. К примеру, в движках, работающих при соединении обмотки статора треугольником, это можно сделать пересоединив обмотки статора в звезду, что вызовет уменьшение фазного напряжения в раз. При всем этом магнитный поток статора, а как следует, и намагничивающий ток уменьшаются приблизительно в раз. Не считая того, активная составляющая тока статора несколько возрастает. Все это содействует увеличению коэффициента мощности мотора.

На рис. 3 представлены графики зависимости cos φ1, асинхронного мотора от нагрузки при соединении обмоток статора звездой (кривая 1) и треугольником (кривая 2).

Рис. 3. Зависимость cos φ1,от нагрузки при соединении обмотки статора мотора звездой (1) и треугольником (2)

Смотрите также:

Все про асинхронные электродвигатели

elektrica.info

Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Номинальные данные АД, указанные на заводском щитке, не всегда дают полное представление об эксплуатационных свойствах машины. Кроме этих сведений необходимо знать рабочие характеристики, под которыми следует понимать зависимости скорости вращения n2, вращающего момента Мэм, КПД η и коэффициента мощности cos φ1 от полезной мощности P2 при неизменных напряжении сети и ее частоте f 1. Часто вместо зависимости:

строят кривую:

Кроме того, к важным показателям АД относят коэффициент перегрузочной способности km, а для короткозамкнутых двигателей коэффициенты кратности пускового тока ki и пускового момента kм. Рабочие характеристики АД обычного исполнения показаны на рис. 1.

Рис. 1 - Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Скольжение двигателя численно может быть определено отношением:

При холостом ходе потери:

очень малы и S≈0. Скорость вращения ротора:

С увеличением нагрузки потери:

растут, а следовательно, скольжение s увеличивается.

Для получения достаточно высокого КПД АД потери в роторе должны быть такими, чтобы при номинальной нагрузке скольжение не превышало 1….4%. Скорость вращения ротора определяется соотношением:

и зависимостью:

представляет собой кривую, слабо наклоненную к оси абцисс. Поэтому скоростную характеристику АД называют жесткой. Зависимость:

называемая моментной характеристикой, почти прямолинейна, так как скорость вращения ротора при изменении нагрузки от холостого хода до номинальной остается почти постоянной.

При установившемся режиме работы вращающий момент равен:

где М2 – полезный момент, определяемый исполнительным механизмом; М0   – момент холостого хода.

Коэффициент мощности cosφ АД всегда меньше единицы, так как двигатель потребляет из сети значительный намагничивающий ток Ιµ, почти не зависящий от нагрузки. При холостом ходе cosφ1 обычно не превышает 0,2, но затем при нагрузке довольно быстро растет и достигает наибольшего значения при мощности, близкой к номинальной. Значения  cosφ1 обычных АД находятся в пределах 0,75….0,85, причем большие значения  cosφ1 относятся к АД большей мощности.

Кривая:

имеет типичный для электрических машин вид. КПД достигает наибольшего значения примерно при 75% номинальной нагрузки.

КПД современных АД при номинальной нагрузке составляет 80…95%, причем большие значения относятся к машинам большей мощности.

К рабочим характеристикам АД относят также механическую характеристику, которую часто выражают в виде зависимости:

Эта характеристика показана на рис.2.

Рис. 2 - Механическая характеристика асинхронного двигателя

Отношение:

называется перегрузочной способностью и составляет 1,6….2,5   в зависимости от мощности двигателя. В двигателях специального исполнения km достигает 2,8….3,0 и более.

Коэффициент:

называется кратностью пускового момента. Его значение составляет  0,8….1,7.

Под кратностью пускового тока АД понимают отношение:

Эта величина лежит в пределах 5….7,0.

www.radioingener.ru

• 
  Система охлаждения это
• 
  Правила получения и подачи воздушно механической пены
• 
  Мерседес віто
• 
  Резина из чего сделана
• 
  Устройство гидромотора
• 
  Культиватор кон 2 8
• 
  Даф хф
• 
  Культиватор кон 2 8
• 
  Даф хф
• 
  Даф хф
• 
  Фрикционная передача это