Искусственные механические реостатные характеристики асинхронного двигателя. Механические характеристики асинхронного двигателя

38.Механическая характеристика асинхронного двигателя

38) Механическая характеристика асинхронного двигателя.

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.

НА ВСЯКИЙ СЛУЧАЙ РАБОЧУЮ ХАРАКТЕРИСТИКУ !!!

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.

3

studfiles.net

4.6 Механические характеристики асинхронного двигателя в двигательном и тормозных режимах

Асинхронные двигатели получили в промышленности весьма широкое применение благодаря ряду существенных преимуществ по сравнению с другими типами двигателей. Асинхронный двигатель прост и надежен в эксплуатации, так как не имеет коллектора; асинхронные двигатели дешевле и значительно легче двигателей постоянного тока.

Для вывода уравнения механической характеристики асинхронного двигателя можно воспользоваться упрощенной схемой замещения, приведенной на рис. 4.11, где приняты следующие обозначения:

- первичное фазное напряжение; - фазный ток статора;- приведенный ток ротора;и- первичное и вторичное приведенные реактивные сопротивления рассеяния;и- активное и реактивное сопротивления контура намагничивания;- скольжение двигателя;- синхронная угловая скорость двигателя;и- первичное и вторичное приведенные активные сопротивления;- частота сети;- число пар полюсов.

Рис. 4.11 Упрощенная схема замещения асинхронного двигателя

В соответствии с приведенной схемой замещения можно получить выражение для вторичного тока

(4.28)

Момент асинхронного двигателя может быть определен из выражения потерь , откуда

(4.29)

Подставляя значение тока в (4.29), получаем:

(4.30)

Кривая момента имеет два максимума: один - в генераторном режиме, другой - в двигательном.

Приравнивая , определяем значение критического скольжения, при котором двигатель развивает максимальный (критический), момент

(4.31)

Подставляя значение в (4.30), находим выражение для максимального момента

(4.32)

Знак «+» в равенствах (4.31) и (4.32) относится к двигательному режиму (или торможению противовключением), «-» - к генераторному режиму работы параллельно с сетью (при ).

Если выражение (4.30) разделить на (4.32) и произвести соответствующие преобразования, то можно получить:

(4.33)

где - максимальный момент двигателя;- критическое скольжение, соответствующее максимальному моменту;

Рис 4.12 Механические характеристики асинхронного двигателя

Здесь следует подчеркнуть весьма важное для практики обстоятельство - влияние изменения напряжения сети на механические характеристики асинхронного двигателя. Как видно из (4.30), при данном скольжении момент двигателя пропорционален квадрату напряжения, поэтому двигатель этого типа чувствителен к колебаниям напряжения сети.

Критическое скольжение и угловая скорость идеального холостого хода не зависят от напряжения.

На рис. 4.12 приведена механическая характеристика асинхронного двигателя. Ее характерные точки:

1) ;, при этом скорость двигателя равна синхронной;

2) ;, что соответствует номинальной скорости и номинальному моменту;

3) - максимальный момент в двигательном режиме;

4) - начальный пусковой момент;

5) - максимальный момент в генераторном режиме работы параллельно с сетью.

При двигатель работает в режиме торможения противовключением, приимеет место генераторный режим работы параллельно с сетью.

Необходимо подчеркнуть, что абсолютные значения в двигательном и генераторном параллельно с сетью режимах одинаковы.

Однако из (4.33) следует, что максимальные моменты в двигательном и генераторном режимах различны. В генераторном режиме работы параллельно с сетью максимальный момент по абсолютному значению больше, что следует из соотношения

где

Если в уравнении (4.33) пренебречь активным сопротивлением статора, то получится формула, более удобная для расчетов (формула Клосса):

; (4.34)

здесь ;.

Подставив в выражение (4.34) вместо текущих значений иих номинальные значения и обозначив кратность максимального моментачерез, получим:

В последнем выражении перед корнем следует брать знак «+».

Анализ формулы (4.34) показывает, что при (нерабочая часть характеристики) получится уравнение гиперболы, если в этом случае пренебречь вторым членом знаменателя в уравнении (4.34), т. е.

или ,

где .

Эта часть характеристики практически соответствует лишь пусковым и тормозным режимам.

При малых значениях скольжения () дляполучится уравнение прямой, если пренебречь первым членом в знаменателе (4.34):

,

или ; здесь

Эта линейная часть характеристики является ее рабочей частью, на которой двигатель обычно работает в установившемся режиме. На этой же части характеристики находятся точки, соответствующие номинальным данным двигателя: ,,,.

Статическое падение (перепад) скорости в относительных единицах на естественной механической характеристике асинхронного двигателя при номинальном моменте определяется его номинальным скольжением.

Номинальное скольжение зависит от сопротивления ротора. Наименьшим поминальным скольжением при одинаковой мощности и числе полюсов обладают обычно двигатели с короткозамкнутым ротором нормального исполнения. У этих двигателей в силу конструктивных особенностей сопротивление ротора имеет относительно небольшое значение, что ведет к уменьшению значений критического скольжения (4.31) и номинального скольжения. По тем же причинам при увеличении мощности двигателя уменьшается его номинальное скольжение и растет жесткость естественной характеристики. Последнее иллюстрируется кривой рис. 4.13, построенной по средним данным для двигателей разной мощности.

Рис. 4.13 Кривая номинального скольжения для асинхронных двигателей разной мощности

Максимальный момент, как это видно из (4.32), не зависит от активного сопротивления ротора ; критическое же скольжение согласно (4.31) увеличивается по мере увеличения сопротивления ротора. Вследствие этого у двигателей с фазным ротором при введении резисторов в цепь ротора максимум кривой момента смещается в сторону больших скольжений. Значение сопротивления, необходимое для построения естественной и реостатных характеристик двигателя с фазным ротором, определяется из выражения

где ,- линейное напряжение при неподвижном роторе и номинальный ток ротора.

На рис. 4.14 приведено семейство реостатных характеристик в двигательном режиме в координатных осях М и для различных значений сопротивлений роторной цепи. С известным приближением реостатные характеристики в рабочей их части могут быть приняты линейными. Это дает возможность при расчете сопротивлений резисторов, включаемых в роторную цепь асинхронного двигателя, пользоваться методами, аналогичными методам, применяемым

Рис. 4.14 Естественная и реостатные механические характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором

для расчета сопротивления цепи якоря двигателя постоянного тока независимого возбуждения. Некоторая неточность в определение сопротивления резистора вносится при этом за счет того, что характеристика асинхронного двигателя на участке графика от до максимального момента при пуске считается линейной.

Более точным является метод, когда спрямление характеристик производится на меньшем участке. Кратность максимального момента должна быть у двигателей нормального исполнения с фазным ротором не ниже 1,8, а у двигателей с короткозамкнутым ротором не ниже 1,7. Крановые двигатели отличаются более высокой кратностью максимального момента. Например, для двигателей с короткозамкнутым ротором серии МТК. Двигатели с фазным ротором упомянутых серий имеют приблизительно те же величины.

Для двигателей с короткозамкнутым ротором существенное значение с точки зрения электропривода имеют кратности начального пускового момента и начального пускового тока.

На рис. 4.15 представлены примерные естественные характеристики двигателя с нормальным короткозамкнутым ротором, имеющим круглые пазы. Эти характеристики показывают, что двигатель с короткозамкнутым ротором, потребляя из сети весьма большой ток, имеет сравнительно

низкий начальный пусковой момент. Кратность начального пускового момента двигателей

а для крановых двигателей

Кратность пускового тока

Рис. 4.15 Характеристики идля асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с круглыми пазами

Отсутствие пропорциональности между моментом двигателя и током статора во время пуска (рис. 4.15) объясняется значительным снижением магнитного потока двигателя, а также уменьшением коэффициента мощности вторичной цепи при пуске.

Момент асинхронного двигателя, как и любой электрической машины, пропорционален магнитному потоку Ф и активной составляющей вторичного тока

(4.35)

где - конструктивная постоянная асинхронного двигателя;- угол сдвига между ЭДС и током ротора;

. (4.36)

При увеличении скольжения растет ЭДС ротора возрастает ток роторав соответствии с (4.28), асимптотически стремясь к некоторому предельному значению, ас ростомуменьшается (на рабочем участке характеристики очень мало), асимптотически стремясь к нулю при. Поток двигателя также не остается неизменным, уменьшаясь при возрастании тока из-за падения напряжения на сопротивлениях обмотки статора. Все это и обусловливает отсутствие пропорциональности между током и моментом двигателя.

Для повышения начального пускового момента и снижения пускового тока применяются двигатели с короткозамкнутым ротором специальных конструкций. Роторы электродвигателей имеют две клетки, расположенные концентрически, или глубокие пазы с высокими и узкими стержнями.

Рис. 4.16 Механические характеристики асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с провалом при малых угловых скоростях

Сопротивление ротора этих двигателей в пусковой период значительно больше, чем при номинальной скорости, вследствие поверхностного эффекта, обусловленного повышенной частотой тока в роторе при больших скольжениях. Поэтому при переходе к двигателям с глубоким пазом или двойной обмоткой ротора существенно увеличивается кратность пускового момента (увеличивается и поток) и снижается кратность пускового тока. Правда, в этом случае несколько уменьшаются коэффициент мощности и КПД, соответствующие номинальной нагрузке.

Необходимо отметить, что у двигателей с короткозамкнутым ротором пусковой момент практически не всегда является наименьшим значением момента в области двигательного режима. Как видно из рис. 4.16, механическая характеристика двигателя с короткозамкнутым ротором иногда при малых угловых скоростях имеет провал, вызванный влиянием высших гармоник зубцовых полей. Это обстоятельство следует учитывать при пуске двигателя под нагрузкой.

У двигателей с фазным ротором начальный пусковой момент увеличивается по мере возрастания до известных пределов сопротивления резистора (рис. 4.14), а пусковой ток при увеличении сопротивления уменьшается. Начальный пусковой момент может быть доведен до максимального момента. С дальнейшим ростом сопротивления роторной цепи увеличение уже не компенсирует уменьшения тока ротора и пусковой момент уменьшается.

studfiles.net

Искусственные механические характеристики асинхронного двигателя

Особенности расчета искусственных механических характеристик асинхронного двигателя состоят в следующем.

При изменении напряжения питания критическое скольжение и соответствующая ему частота вращения асинхронного двигателя остаются такими же, как при работе двигателя в естественном режиме. Электромагнитный момент M асинхронного двигателя, как следует из его математического выражения, прямо пропорционален напряжению питания во второй степени. Поэтому значенияМи для построения искусственной механической характеристики можно определить по результатам расчета естественной механической характеристики, используя следующее соотношение:

Механические характеристики при изменении напряжения питания асинхронного двигателя приведены на рис. 7, 8.

Увеличение активного сопротивления фазной обмотки ротора

асинхронного двигателя до R 2и =kR2R 2 приводит к пропорциональному возрастанию критического скольжения:

Электромагнитный момент двигателя при измененном активном сопротивлении обмотки ротора вычисляют по формуле

При расчете этой искусственной механической характеристики рекомендуется задаться значениями скольжения s = 0;sн; 4sн;sки; 0,6; 0,8; 1,0. Влияние активного сопротивления фазных обмоток ротора на механическую характеристику асинхронного двигателя показано на рис. 9.

Рис. 9

При регулировании частоты вращения асинхронного двигателя изменением частоты напряжения питания по закону U1 /f1 = const критическое скольжение двигателя находят из выражения

т. е. с уменьшением частоты питающего напряжения критическое скольжение возрастает, а с увеличением частоты — уменьшается.

Расчет электромагнитного момента двигателя проводят с учетом того, что при рассматриваемом способе его регулирования

т. е. kU =kf. На основании этого соотношение (1) для электромагнитного момента асинхронного двигателя принимает следующий вид:

При расчете этой искусственной механической характеристики электродвигателя рекомендуется задаться значениями скольжения

s= 0; sн; 1,5sн;sк.и; 0,6; 0,8; 1,0. Частота вращения магнитного поля

вдвигателе зависит от частоты напряжения питания и будет

n1и60 f1нk f , p

а частота вращения его ротора

n2иn1и1 s .

Механические характеристики асинхронного двигателя при рассматриваемом способе регулирования его частоты вращения приведены на рис. 10.

Рис. 10

Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Рабочими характеристиками асинхронного двигателя называют графические изображения зависимостейn2,M,I1, cos ,P1,

= f (P2) приU1 = const иf1 = const. ПриU1 =U1н иf1 =f1н эти ха-

рактеристики являются естественными.

Расчет естественных рабочих характеристик асинхронного двигателя рекомендуется выполнять для значений скольжения s = =sх; 0,5sн;sн; 1,5sн. При этом следует учесть, что соответствующие этим скольжениям электромагнитный моментМ и частота вращенияn2 асинхронного двигателя, кроме значений этих параметров при его холостом ходе сs =sх, рассчитывают при выполнении п. 2 задания (см. разд. 1). Для определения значений других величин, входящих в состав рабочих характеристик двигателя, необходимо использовать егоГ-образнуюсхему замещения, изображенную на рис. 4. На основании первого закона Кирхгофа для этой схемы имеем

I1I1хI2.

Токи в параллельных ветвях схемы замещения асинхронного двигателя рассчитывают по формулам

где I1х.а,I1х.р — активная и реактивная составляющие тока намагничивания, т. е. тока идеального холостого хода электродвигателя;

I2а ,I2р — приведенные к обмотке статора активная и реактивная

составляющие тока обмотки ротора электродвигателя. В итоге фазный ток асинхронного двигателя будет

I1I1х.аI2аj I1х.рI2рI1аjI1р,

а его действующее значение

I1 I12аI12р.

Коэффициент мощности асинхронного двигателя может быть определен по формуле

cos I1а .

I1

Правомерность применения этой формулы для расчета cos асинхронного двигателя поясняет векторная диаграмма фазных напря-

где P2 — полезная механическая мощность на валу двигателя;P — потери мощности в двигателе.

Потери мощности P, возникающие в асинхронном двигателе при преобразовании электрической энергии в механическую, рассеиваются в двигателе и приводят к его нагреву:

P PперPпост,

где Pпер — переменные потери мощности в двигателе;Pпост — постоянные потери мощности в двигателе.

Переменные потери мощности зависят от нагрузки двигателя, т. е. от тока двигателя. В них входят мощность потерь в обмотке

статора Рэ1, мощность потерь в обмотке ротораРэ2 и мощность добавочных потерьPд:

PперPэ1Pэ2Pд.

Из схемы замещения асинхронного двигателя (см. рис. 4) следует

Добавочные потери мощности Pд возникают в обмотках двигателя и обусловлены зубчатостью статора и ротора, а также несинусоидальным распределением магнитной индукции в воздушном зазоре двигателя. Эти потери мощности пропорциональны квадрату фазного тока двигателя и составляют 0,5…1 % от номинальной мощности потерьPн, поэтому ими при расчете КПД асинхронного двигателя допустимо пренебречь.

К постоянным потерям мощности асинхронного двигателя, не изменяющимся от нагрузки, при U1 =U1н иf1 =f1н можно отнести мощность потерь в сталиРст и мощность механических потерьРмех. Общая мощность этого вида потерь составляет

PпостPстPмех.

Мощность потерь Рст определяется в основном потерями изза гистерезиса и вихревых токов в сердечнике статора, так как подобные потери мощности в сердечнике ротора в связи с малой частотой тока обмотки ротораf2 = 1…3 Гц в рабочем режиме асинхронного двигателя пренебрежимо малы. Тогда на основании схемы замещения асинхронного двигателя (см. рис. 4) имеем

Мощность механических потерь Рмех обусловлена силами трения в подшипниках, ротора о воздух и вентиляционными потерями. Она определяется приноминальном режиме работы асинхронного двигателя. Для этого по формулам(2)–(5)приU1 =U1н иs =sн с использованиемпараметров схемы замещения асинхрон-

ного двигателя в следующей последовательности рассчитывают: I1х — ток идеального холостого хода двигателя;

I2н — номинальный приведенный ток обмотки ротора;

Pэ1н,Pэ2н — номинальная мощность потерь статора и ротора соответственно;

Pст — мощность потерь в стали.

Затем по паспортным даннымопределяют номинальную по-

требляемую мощность асинхронного электродвигателя

P1нP2н

н

и номинальную мощность потерь

PнP1нP2н.

В результате мощность механических потерь будет

PмехPнPэ1нPэ2нPст.

Полезная механическая мощность асинхронного двигателя Р2 меньше развиваемой им механической мощностиРмех на величину мощности механических потерь

P2PмехPмех.

Механическим потерям мощности Рмех в двигателе соответствует приложенный к его валу момент трения

M 30 Pмех . тр n2н

Для преодоления момента трения Мтр асинхронный двигатель должен развивать равный ему электромагнитный момент. Поэтому скольжение асинхронного двигателя при работе в режиме реального холостого ходаsх > 0. Принимая во внимание, что зависимость скольжения асинхронного двигателя от его электромагнитного

момента при 0 М Мн практически линейная, значение скольженияsх определяют из соотношения

sхM тр sр,

Mр

где sр,Мр — скольжение и соответствующий ему электромагнитный момент асинхронного двигателя в реперной (опорной) точке механической характеристики.

Выбор значения скольжения sр, по которому рассчитывают моментМр, осуществляется в диапазоне 0,1sн sр 0,5sн. При этом

studfiles.net

Искусственные механические реостатные характеристики асинхронного двигателя.

Формулы для искусственных характеристик отличаются от естественных, тем что вместо активного сопротивления фазы ротора R2используется полное сопротивлениеR2линия фазы ротора. Все приведенные выше формулы для асинхронного двигателя являются универсальными и могут использоваться для построения как естественных электромеханических и механических характеристик так и искусственных.

Рассмотрим, как зависит от активного сопротивления линия ротора критического скольжения:

- естественная;- искусственная.

.

Из , гдеaSk=const,Mk=constвидно, что моменты будут одинаковы, когда существуют следующие соотношения скольжения.

;.

Таким образом, при любых одинаковых моментах для искусственной и естественной характеристики асинхронного двигателя, скольжение на искусственной характеристики во столько раз больше, чем на естественной во сколько R’2R’2.

Для номинального момента:

;.

На прямолинейном участке механической характеристики можно записать следующие соотношения:

;, Se– текущее состояние.

;;.

Механические характеристики синхронного двигателя.

Синхронный двигатель применяется для приводов механизмов, скорость которых не регулируется. Синхронный двигатель имеет достаточно высокий cos, КПД, обладает повышенной надежностью, вследствии значительного воздушного зазора между статором и ротором двигателя. Синхронный двигатель чаще всего используется в установках с длительным режимом работы, особенно для приводов большой мощности. Двигатель применяется для привода компрессора и насосов, как двигатель-генератор, для приводов средней мощности бумажной и цементной промышленности и т.д.

В настоящее время в связи с развитием полупроводниковых технологий появился регулируемый электропривод на базе синхронного двигателя, где регулирование производится изменением частоты питающего напряжения.

На статоре вложена трехфазная обмотка, на роторе обмотка возбуждения и пусковая обмотка. При пуске обмотку возбуждения включают на разрядное сопротивление Rр. При достижении скорости0,95w0подается возбуждение и включаетсяRр. Двигатель втягивается в синхронизм.Rр=(510)Rов.

Если взять Rр достаточно большим, то в обмотке возбуждения наблюдается большие перенапряжения, если взять - малым, то искажается пусковая характеристика синхронного двигателя. Пусковая характеристика от обмотки «беличья клетка» аналогична асинхронному двигателю.

Синхронный двигатель выполнен с пусковыми клетками двух типов, что позволяет получить различные характеристики необходимые для различных механизмов.

Для второй характеристики, вследствие повышения активного сопротивления «беличьей клетки», соответствует наибольший пусковой момент. Но ей соответствует большее скольжение при номинальном моменте, что затрудняет вхождение в синхронизм. Двигатель с такой пусковой характеристикой применяется для механизмов с большим пусковым моментом.

Первая характеристика используется для механизмов при вентиляторном моменте.

Устойчивость системы синхронного двигателя характеризуется угловой характеристикой или зависимостью момента от угла внутреннего сдвига фаз между вектором ЭДС и напряжением сети.

н=(2530)эл. град. – номинальнаяL нагрузки.

Устойчивая область работы двигателя от 0до/2.

Векторная диаграмма:

Из ОВЕиОАЕ:ОЕ=Uccos=Ecos(-).

Из ОАСиАВС:АС=Ucsin=IcXccos(-).

;;

;- при900.

.

Анализ зависимостей момента от показывает, что асинхронный двигатель менее чувствителен к снижению напряжения, чем синхронный двигатель.

Наибольшее значение момента, характеризующего перегрузочную способность синхронного двигателя, наблюдается при угле согласования =/2. При этом будет максимальный момент

.

Вместе с тем важной характеристикой работы синхронного двигателя является величина угла рассогласования, который находится в пределах 300-250=н. Этот угол характеризует двигательный режим работы двигателя по условиям нагрева.

Для повышения устойчивости работы синхронного двигателя при ударных нагрузках применяют автоматическое поддержание ЭДС двигателя за счет перевозбуждения двигателя.

Для неявнополюсной машины момент при синхронной скорости может возникнуть только при наличии тока в обмотке возбуждения при явнополюсной машине, момент возникает и без возбуждения синхронного двигателя. Здесь возникает реактивный момент, который старается так повернуть полюса машины, чтобы сохранить минимальным магнитное сопротивление по продольной оси.

Синхронный двигатель отличается от другой машины тем, что с его помощью можно регулировать потребление реактивной энергии. Это объясняется тем, что если принять активное сопротивление статора равным нулю, то ЭДС двигателя без нагрузки будет равна напряжению сети. Она определяется результирующим магнитным полем, намагничивающих сил статора и намагничивающих сил обмотки возбуждения, и, в этом случае когда ток возбуждения отсутствует, весь поток создается статором, синхронный двигатель потребляет реактивный ток и тот отстает от напряжения сети на 900. Если машину возбудить, то часть результирующих намагничивающих сил будет создана обмоткой возбуждения и тогда намагничивающий ток статора, а следовательно и потребляемая энергия из сети уменьшится. Дальнейшее увеличение возбуждения двигателя приведет к размагничиванию магнитной системы двигателя.

Перевозбуждение машины заставляет работать двигатель в емкостном квадранте, работать генератором реактивной энергии. Синхронный двигатель характеризуется U-образными характеристиками, это зависимость полного тока статора от тока возбуждения при различных нагрузках.

Кривая II– характеризует границу устойчивости статической работы двигателя.

Кривая I– регулировочная характеристика двигателя приcos=1.

Кривая III– соответствует верхней границе возбуждения двигателя по условиям нагрева двигателя и самораскачивания.

Синхронный двигатель может работать в тех же тормозных режимах, что и асинхронный и другие двигатели, т.е. режим с рекуперацией энергии в сеть, режим динамического торможения и режим противовключения.

1)2)

Торможение противовключением. В этом случае происходит изменение чередования фаз, обмотка возбуждения закорачивается на разрядное сопротивление.

studfiles.net

Механическая характеристика асинхронного двигателя - Help for engineer

Механическая характеристика асинхронного двигателя

К режимам работы асинхронного двигателя относятся (см. рисунок 1):

Рисунок 1 – Механическая характеристика асинхронного двигателя

Двигательный режим

Основным режимом работы асинхронного двигателя является двигательный режим, рассмотрим работу асинхронной электрической машины на примере рисунка ниже:

В этой статье мы не станем рассматривать, как происходит возбуждение обмоток и начало движения, почитать про то, как создается магнитное моле в асинхронном 3-х фазном двигателе Вы можете тут.

Начало движения происходит из точки 1 с определённым пусковым моментом Мп, который зависит от параметров самого асинхронного двигателя, обычно отношение к номинальному будет равно:

Далее происходит постепенный разгон до точки 2, которая имеет критический (максимальный) момент двигателя Мкр, после чего двигатель будет переходить в точку 3, которая является точкой номинальной работы электрической машины, в ней момент и скорость вращения вала равны номинальному моменту Мн и скорости n2 соответственно. Так же необходимо подметить, что действительный номинальный момент может не соответствовать тому, который указан на шилдике двигателя, это различие будет мало, оно зависит от характера и величины нагрузки на валу, износа внутренних деталей двигателя и т.д.

В номинальном режиме работы скорость вращения вала меньше скорости вращения магнитного поля, создаваемого статорной обмоткой, поэтому справедливо неравенство:

Относительная разность этих скоростей является таким понятием как – скольжение асинхронного двигателя, которое рассчитывается по формуле:

Скольжение во время работы в двигательном режиме будет меньше единицы, и чем оно ближе к номинальной точке работы, тем становится меньше, и для этого справедливо неравенство:

Режим холостого хода

Холостой ход асинхронного двигателя имеет место в том случае, если на валу отсутствует нагрузка в виде рабочего органа или редуктора. При сборке нового двигателя всегда проводится испытания холостого хода, для того что бы определить потери в подшипниках, вентиляторе и магнитопроводе, а так же узнать значения намагничивающего тока. Во время холостого хода скольжение составляет: S=0,01÷0,08.

Следует заметить, что так же существует режим идеального холостого хода, при котором n2=n1, что практически реализовать невозможно, даже если учесть, что нет силы трения в подшипниках. На самом деле, суть заключается в том, что асинхронному двигателю необходимо, чтобы ротор отставал от магнитного вращающегося поля статора. При отставании поле статора индуцирует магнитное поле в ротор, что заставляет его вращаться за полем статора.

Генераторный режим

Для того чтобы перейти в данный режим, нужно двигатель разогнать с помощью некоторого внешнего воздействия, к примеру, другим двигателем, до скорости, которая превышала бы скорость вращения магнитного поля статора. В результате изменилось бы направление тока и ЭДС в роторной обмотке и асинхронный двигатель перешел бы в генераторный режим. При этом условии также изменит направление и электромагнитный момент, который в данном режиме работы будет тормозным.Следует заметить, что в генераторном режиме скольжение S

Для работы асинхронного двигателя в генераторном режиме необходим источник реактивной мощности, который создает магнитное поле. При отсутствии поле создают с помощью постоянных магнитов, или же за счет остаточной индукции машины и параллельно подключенных к фазам обмотки статора конденсаторам при активной нагрузке. В генераторном режиме двигатель потребляет большое количество реактивного тока, из-за чего необходимо наличие в сети генераторов реактивной мощности: синхронных компенсаторов, синхронных машин. Данный режим используется довольно часто, к примеру, в эскалаторах и пассажирских лифтах (в зависимости веса в кабине и противовеса), которые едут вниз.

Добавить комментарий

h4e.ru

Механическая характеристика асинхронного двигателя | Онлайн журнал электрика

Механической чертой мотора именуется зависимость частоты вращения ротора от момента на валу n = f (M2). Потому что при нагрузке момент холостого хода мал, то M2 ≈ M и механическая черта представляется зависимостью n = f (M). Если учитывать связь s = (n1 — n) / n1, то механическую характеристику можно получить, представив ее графическую зависимость в координатах n и М (рис. 1).

Рис. 1. Механическая черта асинхронного мотора

Естественная механическая черта асинхронного мотора соответствует основной (паспортной) схеме его включения и номинальным характеристикам питающего напряжения. Искусственные свойства получаются, если включены какие-либо дополнительные элементы: резисторы, реакторы, конденсаторы. При питании мотора не номинальным напряжением свойства также отличаются от естественной механической свойства.

Механические свойства являются очень комфортным и полезным инвентарем при анализе статических и динамических режимов электропривода.

Пример расчета механической свойства асинхронного мотора

Трехфазный асинхронный движок с короткозамкнутым ротором питается от сети с напряжением = 380 В при = 50 Гц. Характеристики мотора: Pн= 14 кВт, nн= 960 об/мин, cosφн= 0,85, ηн= 0,88, кратность наибольшего момента kм= 1,8.

Найти: номинальный ток в фазе обмотки статора, число пар полюсов, номинальное скольжение, номинальный момент на валу, критичный момент, критичное скольжение и выстроить механическую характеристику мотора.

Решение. Номинальная мощность, потребляемая из сети

P1н =Pн / ηн = 14 / 0,88 = 16 кВт.

Номинальный ток, потребляемый из сети

Число пар полюсов

p = 60 f / n1 = 60 х 50 / 1000 = 3,

где n1 = 1000 – синхронная частота вращения, наиблежайшая к номинальной частоте nн= 960 об/мин.

Номинальное скольжение

sн = (n1 — nн) / n1 = (1000 — 960 ) / 1000 = 0,04

Номинальный момент на валу мотора

Критичный момент

Мк = kм х Мн = 1,8 х 139,3 = 250,7 Н•м.

Критичное скольжение находим подставив М = Мн, s = sн и Мк / Мн = kм.

Для построения механической свойства мотора при помощи n = (n1 — s) определим соответствующие точки: точка холостого хода s = 0, n = 1000 об/мин, М = 0, точка номинального режима sн = 0,04, nн = 960 об/мин, Мн = 139,3 Н•м и точка критичного режима sк = 0,132, nк = 868 об/мин, Мк =250,7 Н•м.

Для точки пускового режима sп = 1, n = 0 находим

По приобретенным данным строят механическую характеристикумотора. Для более четкого построения механической свойства следует прирастить число расчетных точек и для данных скольжений найти моменты и частоту вращения.

Школа для электрика

elektrica.info

Построение механической характеристики асинхронного двигателя

Для оценки свойств асинхронного двигателя прибегают к построению механической характеристики.

Механическая характеристика асинхронного двигателя выражает зависимость между электромагнитным моментом и частотой вращения, либо скольжением. Скольжение – это величина, которая показывает, насколько частота вращения магнитного поля опережает частоту вращения ротора.

Благодаря механической характеристике, появляется возможность определить к какому типу установки больше подходит двигатель, на каком участке сохраняется его устойчивая работа, перегрузочную способность и другое.

Построим механическую характеристику для двигателя 4A90L4У3.

Паспортные данные двигателя:

n1 = 1500 об/мин

Pн = 2.2 КВт

nн = 1425 об/мин

η = 80 %

cos φ = 0.83

Mmax/Mн = λ = 2,2

Для построения нам необходимо произвести расчет номинального момента и скольжения.

Рассчитаем критическое скольжение и момент, для этого необходимо знать коэффициент λ.

Итак, мы определили основные точки характеристики, но для её построения их недостаточно. Поэтому с помощью упрощенной формулы Клосса, рассчитаем моменты для других значений скольжений.

Упрощенная формула Клосса выглядит следующим образом

Для удобства составим таблицу.

Рассчитаем для каждого значения скольжения момент и частоту вращения. Например, для значения 0.2

Частоту вращения выразим из формулы для определения скольжения

Подобным образом рассчитываются остальные значения.

Так как формула упрощенная, значения могут несколько отличаться от действительных, что не критично для расчетов.

Теперь на основании расчетов мы можем построить саму механическую характеристику.

Зависимость момента от скольжения M = f(s)

Зависимость частоты оборотов от момента n = f(M)

Спасибо за внимание!

Рекомендуем - механическая характеристика электропривода

electroandi.ru

• 
  Схема управления
• 
  Д 240 технические характеристики
• 
  Классификация двигателей
• 
  Самосвал маз 20 тонн
• 
  Самосвал маз 20 тонн
• 
  Синхронизаторы коробки передач
• 
  В состав какого сплава не входит медь
• 
  Средства подмащивания это
• 
  Жидкость для тормозов
• 
  Гидравлическая жидкость
• 
  Хендай старекс технические характеристики