Холостой ход
Само понятие холостой ход появилось намного позже, чем появились первые двигатели. Сегодня человек, который мало-мальски разбирается в технике, скажет, что это режим работы двигателя, в котором он работает без нагрузок.
Но если вы хотите разобраться больше в этом вопросе, то и информации нужно знать больше.
Когда мотор уже работает, то главным заданием есть создание крутящего момента. Быстрый крутящейся момент возможен на средних и высоких оборотах.
Чтобы дать мотору или двигателю хорошую нагрузку, должен уже быть стабильный крутящийся момент. Для этого и используется холостой ход. Чтобы разогнать работу двигателя к необходимым оборотам.
В ином случае, без холостого хода и разгона двигателя к нужным оборотам – при включении крутящего момента двигатель может просто заглохнуть. Холостыми называют рост оборотов до того момента, когда двигатель сможет выдерживать нагрузки. Обороты повыше уже называются рабочими.
По оборотах также можно следить, в порядке ли система питания в вашем автомобиле. Есть два вида карбюраторов. Первый это простой — механичные карбюратор. Тут водитель сам контролирует мощность оборотов. Сам определяет, до каких скоростей на холостом доводить двигатель, чтобы он был готов к нагрузкам.
Другой карбюратор – электронный. Тут водитель не участвует в работе механизма. Система сама поддерживает нужные обороты. Всегда постепенно повышаются обороты и наращивается мощность, чтобы не дать двигателю заглохнуть и чтобы мотор всегда был готов к малой или большой нагрузке.
Электродвигатель
Специальный механизм, который превращает электроэнергию в крутящийся момент и позволяет двигать аппарат, на котором и установлен двигатель.
Все эти действия происходят благодаря двум деталям: когда между собой взаимодействует магнитное поле статора и ротора. Даже электродвигателей существует много разных видов.
Они различаются своей конструкцией, принципом превращения энергии в движение, да и самой работой двигателя.
- В зависимости от напряжения есть три типа двигателей:
- — Электродвигатель постоянного тока;
- — Двигатель переменного тока;
- — Универсальные электрические машины.
- Классификация электродвигателей:
- — с последовательным возбуждением
- — с параллельным возбуждением
- — со смешанным возбуждением
- — с постоянными магнитами
- — Универсальные
- — Синхронные
- — Индукционные
- — Однофазные
- — Трёхфазный
Разновидностей этих двигателей очень много. Начиная от ценового диапазона, где есть как простые и дешевые двигатели. И не всегда дёшево означает плохо. Ведь этот тип двигателей – электрический, именно этим и популярен.
Своей простотой конструкции, надежностью в работе и относительно небольшой ценой. Также важным фактором при выборе электродвигателя является климатический фактор. Этому уделяется очень много внимания. Работа может происходить при разных температурах.
Насколько меняется максимальная и минимальная температура. Какой уровень влаги в местах, где будет работать двигатель.
Что такое ток холостого хода
Ток холостого хода подразумевает собой режим работы, в котором вторичная электрическая обмотка двигателя разомкнута, с другой стороны вторая обмотка и её сила тока в этом случае равняется нулю.
Наблюдение за работой холостого хода трансформатора позволяет определить действительный коэффициент трансформации, силу тока, реальные потери и электрическое сопротивление холостого хода трансформатора.
Величина и форма тока холостого хода определяются магнитным потоком трансформатора и свойствами его магнитной системы.
Как рассчитать ток холостого хода асинхронного электродвигателя
В режим холостого хода электродвигатель переходит в момент, когда снимается рабочая нагрузка с его вала. В таком режиме работы можно определить, насколько хорошо функционирует двигатель по разным показателям. Насколько хорошо намагнитившийся ток работает.
Насколько мощным есть двигатель и сколько теряется в элементах привода конструкции. В целом именно с помощью холостого хода определяется, насколько исправно устройство и какие механизмы не работают на полную мощность.
Например, в режиме холостого хода электродвигатель не должен нагреваться. Но бывают определённые моменты, когда повышается температура привода, это означает, что есть неполадки. В режиме холостого хода нет нагрузки на рабочий вал.
Поэтому и энергии используется намного меньше, что является идеальным режимом для работы двигателя и поддержания нужных оборотов.
Холостой ход асинхронного двигателя в исправном режиме достигает 20-40% от номинального тока статора.
Если ток холостого хода электродвигателя имеет повышенное значение, чем это предусмотрено характеристикой, это может означать только то, что между статором и ротором имеется воздушный зазор.
Лучше всего устранять такие проблемы, ведь зазор может только становиться больше. Поэтому и будет тратиться больше энергии впустую.
Что делать, если греется двигатель на холостом ходу
Вообще не принято, чтобы электрический двигатель грелся на холостом ходу. Не критическими будут незначительные повышения температуры, и то только в отдельных случаях. Сильный нагрев — прямой сигнал о неполадках в работе двигателя.
Причиной такого нагревания скорее всего может быть замыкание в обмотках. Такие факторы показывают, что в срочном порядке нужно проводить ремонт механизма. Ведь такое небольшое короткое замыкания двигателя со временем может привести к замыканию целой системы. Выгорает обмотка.
Поэтому в данном случае нужно отключить питание и сразу устранить неполадки.
Механическая характеристика асинхронного двигателя — Help for engineer | Cхемы, принцип действия, формулы и расчет
К режимам работы асинхронного двигателя относятся (см. рисунок 1):
| — двигательный режим; |
| — генераторный режим; |
| – режим противовключения; |
| – режим динамического торможения; |
| — режим холостого хода. |
- 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:
| где n1 – скорость вращения магнитного поля статора; |
| n2 – скорость вращения вала. |
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
§78. Режимы работы асинхронных двигателей
Режимы работы асинхронных двигателей.
Холостой ход.
Если пренебречь трением и магнитными потерями в стали (идеализированная машина), то ротор асинхронного двигателя при холостом ходе вращался бы с синхронной частотой n=n1 в ту же сторону, что и поле статора; следовательно, скольжение было бы равно нулю. Однако в реальной машине частота вращения ротора n при холостом ходе никогда не может стать равной частоте вращения n1, так как в этом случае магнитное поле перестанет пересекать проводники обмотки ротора и в них не возникнет электрический ток.
Поэтому двигатель в этом режиме не может развить вращающего момента и ротор его под влиянием противодействующего момента сил трения начнет замедляться.
Замедление ротора будет происходить до тех пор, пока вращающий момент, возникший при уменьшенной частоте вращения, не станет равным моменту, создаваемому силами трения.
Обычно при холостом ходе двигатель работает со скольжением s = 0,2-0,5 %.
При холостом ходе в асинхронном двигателе имеют место те же электромагнитные процессы, что и в трансформаторе (обмотка статора аналогична первичной обмотке трансформатора, а обмотка ротора—вторичной обмотке).
По обмотке статора проходит ток холостого хода I0, однако его значение в асинхронном двигателе из-за наличия воздушного зазора между ротором и статором значительно больше, чем в трансформаторе (20—40 % номинального тока по сравнению с 3—10 % у трансформатора).
Для уменьшения тока I0 в асинхронных двигателях стремятся выполнить минимально возможные по соображениям конструкции и технологии зазоры.
Например, у двигателя мощностью 5 кВт зазор между статором и ротором обычно равен 0,2—0,3 мм. Ток холостого хода, так же как и в трансформаторе, имеет реактивную и активную составляющие.
Реактивная составляющая тока холостого хода (намагничивающий ток) обеспечивает создание в двигателе требуемого магнитного потока, а активная составляющая — передачу в обмотку статора из сети энергии, необходимой для компенсации потерь мощности в машине в этом режиме.
Нагрузочный режим.
Чем больше нагрузочный момент на валу, тем больше скольжение и тем меньше частота вращения ротора. Увеличение скольжения при возрастании момента объясняется следующим образом. При увеличении нагрузки на валу ротора он начинает тормозиться и частота его вращения т уменьшается.
Но одновременно увеличивается частота n1— n персечения вращающимся полем проводников обмотки ротора, а следовательно, э. д. с. Е2, индуцированная в этой обмотке, ток в роторе I2 и образованный им электромагнитный вращающий момент М.
Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока электромагнитный момент двигателя M не сравняется с нагрузочным моментом Мвн.
При достижении равенства моментов М = Мвн торможение прекратится и двигатель будет снова вращаться с постоянной частотой вращения, но меньшей, чем до увеличения нагрузки.
При уменьшении нагрузочного момента Мвн частота вращения ротора по той же причине будет увеличиваться.
Обычно при номинальной нагрузке скольжение для двигателей средней и большой мощности составляет 2—4 %, а для двигателей малой мощности от 5 до 7,5 %.
При работе двигателя под нагрузкой по обмоткам его статора и ротора проходят токи i1 и i2. Частота тока в обмотках статора f1 и ротора f2 определяется частотой пересечения вращающимся магнитным полем проводников соответствующей обмотки. Обмотка статора пересекается магнитным полем с частотой n1, а обмотка вращающегося ротора — с частотой n1 — n. Следовательно,
f2/f1 = (n1— n)/n1= s или f2 = f1s (83)
Передача электрической энергии из статора в ротор происходит так же, как и в трансформаторе. Двигатель потребляет из сети электрическую мощность Pэл = 3U1I1cosφ1 и отдает приводимому им во вращение механизму механическую мощность Рмх (рис. 260).
Рис. 260. Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя
В процессе преобразования энергии в машине имеют место потери мощности: электрические в обмотках статора ΔРэл1 и ротора ΔРэл2, магнитные ΔРм от гистерезиса и вихревых токов в ферромагнитных частях машины и механические ΔРмх от трения в подшипниках и вращающихся частей о воздух.
Из статора в ротор вращающимся электромагнитным полем передается электромагнитная мощность Pэм роторе она превращается в механическую мощность ротора Р’мх. Полезная механическая мощность на валу двигателя Pмх меньше мощности Р’мх на значение потерь мощности на трение ?Рмх.
При возрастании механической нагрузки на валу двигателя увеличивается ток I2. В соответствии с этим возрастает и ток I1 в обмотке статора.
Электромагнитный момент М создается в асинхронном двигателе в результате взаимодействия вращающегося магнитного поля с током I2, индуцируемым им в проводниках обмотки статора. Однако в создании его участвует не весь ток I2, а только его активная составляющая I2cosφ2 (здесь φ2 — угол сдвига фаз между током I2 и э. д. с. Е2 в обмотке ротора).
Поэтому
- M = cмФтI2 cosφ2 (84)
- где
- Фт — амплитуда магнитного потока, созданного обмоткой статора;
- cм — постоянная, определяемая конструктивными параметрами данной машины и не зависящая от режима ее работы.
Поясним физический смысл формулы (84). На рис. 261 изображен ротор двухполюсного асинхронного двигателя в развернутом виде, на котором кружками показаны поперечные сечения проводников.
Крестики и точки внутри проводников обозначают направление в них тока i2, а под проводниками — направление индуцированных э. д. с. e2, которые пропорциональны индукции В в данной точке воздушного зазора между статором и ротором.
Кривая В показывает распределение вдоль окружности ротора индукции, создаваемой вращающимся магнитным полем, кривая i2 — распределение тока в проводниках, а кривая f — распределение электромагнитных сил, возникающих в результате взаимодействия тока (а с вращающимся магнитным полем.
Электромагнитный вращающий момент М, создаваемый в результате совместного действия всех сил f, будет пропорционален среднему значению электромагнитной силы fср.
Легко заметить, что к проводникам, лежащим на дуге, равной 180° — φ2, приложены силы f, увлекающие ротор за вращающимся магнитным полем, а на дуге φ2 — тормозящие силы.
Поэтому при неизменном токе I2 среднее значение электромагнитной силы fср, а следовательно, и электромагнитный момент М будут тем больше, чем меньше угол φ2. Электромагнитный момент М зависит от скольжения s.
Рис. 261. Распределение индукции В, тока i2 и электромагнитных сил f, действующих на проводники асинхронного двигателя
Так, при увеличении скольжения возрастает э. д. с. Е2 в обмотке ротора и ток I2. Однако одновременно уменьшается cosφ2, так как активное сопротивление обмотки ротора R2 остается неизменным, а реактивное Х2 увеличивается (возрастает частота тока f2 в обмотке ротора).
При s < 10-20% увеличение скольжения приводит к незначительному уменьшению cos φ2, вследствие чего активная составляющая тока в обмотке ротора I2cos φ2 и электромагнитный момент М возрастают.
При некотором критическом скольжении sкр двигатель развивает наибольший момент Мmax, который определяет его перегрузочную способность.
При дальнейшем увеличении скольжения (большем sкр) происходит резкое уменьшение cos ?2, поэтому активная составляющая тока I2cos φ2 и электромагнитный момент М уменьшаются.
Номинальный вращающий момент Мном двигатели средней и большой мощности развивают при скольжении Sном = 2-4%.
Согласно государственным стандартам на асинхронные двигатели отношение Mmax/Mном = 1,8-2,5. Критическое скольжение sкр для мощных двигателей составляет 5—10%, для двигателей средней и малой мощности — от 10 до 20 %.
Асинхронный двигатель, как и любая электрическая машина, может работать в генераторном режиме, создавая тормозной момент. Этот режим используется для электрического торможения приводов.
Режим пуска.
В начальный момент пуска ротор двигателя неподвижен: скольжение s=1, магнитное поле пересекает ротор с максимальной частотой, индуцируя в нем наибольшую э. д. с. Е2. Так как ток в роторе I2 определяется значением э. д. с. Е2, то в начальный момент пуска он будет наибольшим. Наибольшим будет и ток в статоре.
Обычно пусковой ток двигателя в 5—7 раз больше номинального. Вращающий момент Мп при пуске называется пусковым. Он обычно меньше наибольшего момента, который может развить двигатель. Для двигателей различных типов и мощностей отношение Мп/Мном = 0,7 – 1,8.
Механическая характеристика асинхронного двигателя
Асинхронный двигатель преобразовывает электрическую энергию в механическую. Механическая характеристика асинхронного двигателя, электромеханическая и другие содержат информацию, без которой невозможна его правильная эксплуатация.
Эта конструкция достаточно широко применяется в различных сферах человеческой жизнедеятельности. Без них немыслима работа станков, транспортеров, подъемно-транспортных машин. Двигатели, обладающие небольшой мощностью, широко используются в автоматике.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Устройство асинхронной машины
Схематичное устройство асинхронной машины
Классическая асинхронная машина состоит из 2 основных частей: ротора (подвижной) и статора (неподвижной). Три отдельные фазы составляют обмотку статора. С1, С2 и С3 — обозначения начала фаз.
С3, С4 и С5 — соответственно концы фаз. Все они подсоединены к клеммному разъему по схеме звезда или треугольник, что показано на рисунках а, б, в.
Схему выбирают учитывая паспортные данные двигателя и сетевое напряжение.
Статор создает внутри электродвигателя магнитное поле, которое постоянно вращается.
Ротор различают короткозамкнутый и фазный.
В короткозамкнутом скорость вращения не регулируется. Конструкция с ним проще и дешевле. Однако пусковой момент у него слишком мал по сравнению с машинами, у которых фазный ротор. Здесь скорость вращения регулируется за счет возможности ввода дополнительного сопротивления.
Принцип работы асинхронной машины
Подавая напряжение на обмотку статора, по каждой фазе можно наблюдать изменяющиеся магнитные потоки, которые по отношению друг к другу смещены на 120 градусов. Общий результирующий поток получается вращающимся и создает ЭДС внутри проводников ротора.
Там появляется ток, который во взаимодействии с результирующим потоком создает пусковой момент. Это приводит к вращению ротора.
Возникает скольжение S, т. е. разность между частотой вращения самого ротора n2 и частотой магнитного поля статора n1. Первоначально оно равно 1. Впоследствии частота возрастает, разность n1 – n2 уменьшается. Это ведет к уменьшению вращающего момента.
На холостом ходу скольжение минимально. Оно достигает критического значения Sкр, когда увеличивается статический момент. Превышение Sкр ведет к нестабильной работе машины.
Механическая характеристика
Как основная, помогает проводить детальный анализ работы электродвигателя. Она выражает непосредственную зависимость частоты вращения самого ротора от электромагнитного момента n=f (M).
Из графика видно, что на участке 1-3 машина работает устойчиво. 3-4 — непосредственный отрезок неустойчивой работы. Идеальный холостой ход соответствует точке 1.
Точка 2 — номинальный режим работы. Точка 3 — частота вращения достигла критического значения. Пусковой момент Мпуск — точка 4.
Холостой ход электродвигателя
Электродвигатель переходит в режим холостого хода, когда с его вала снимают рабочую нагрузку. В этом случае можно определить такие важные параметры функционирования устройства, как намагничивающий ток, мощность и коэффициент потерь в элементах конструкции привода. Но главное – в режиме холостого хода можно определить исправность устройства.
Так, электродвигатель на холостом ходу греться не должен. Но в некоторых случаях температура привода повышается – и это сигнализирует о неполадках, которые впоследствии могут проявить себя.
Параметры холостого хода электродвигателя
Как было сказано выше, холостой ход – это режим работы асинхронного электродвигателя, при котором на валу нет нагрузки. В этом случае устройство с точки зрения электротехники схоже с трансформатором. Но главное – оно потребляет меньше электроэнергии, что особенно важно для контроля правильности работы мотора.
В частности, ток холостого хода асинхронного электродвигателя в зависимости от мощности и частоты вращения составляет в среднем 20-90% от номинального. Существует таблица, в которой указаны данные значения.
Так, например, ток холостого хода электродвигателя на 5 кВт при частоте вращения в 1000 оборотов в минуту составляет 70% от номинального (см. рис. 2). При частоте вращения 3000 оборотов в минуту – всего 45% от номинального (см. рис. 3). Это важно учесть, так как если фактическая сила тока значительно расходится с расчётной, то это сигнализирует о неполадках.
Стоит отметить, что параметры работы двигателя обычно указаны в прилагаемой к нему документации или могут быть получены посредством расчётов.
Что делать, если греется электродвигатель на холостом ходу
Электродвигатель на холостом ходу греться не должен. Допускается лишь незначительное увеличение температуры, обусловленное естественными причинами – появление трения в подшипниках на валу ротора и сопротивление в обмотке. А вот заметный нагрев сигнализирует в первую очередь о неполадках в устройстве.
Чаще всего нагревается асинхронный электродвигатель на холостом ходу из-за межвиткового замыкания в обмотках. Это требует срочного ремонта. Ведь при повышении нагрузок межвитковое замыкание может привести к перегреву и выгоранию обмотки – и, как следствие, повреждению как самого ЭД, так и конструкции, в которую он установлен.
Ещё одна возможная причина нагрева ЭД в этом режиме – эксплуатация в нештатных условиях. Например, превышение напряжения. В этом случае необходимо срочно отключить питание двигателя, так как из-за перегрева может возникнуть межвитковое замыкание в обмотках или замыкание обмотки на корпус двигателя.
Реже нагрев ЭД наблюдается из-за затруднённого движения ротора. Стоит убедиться, что подшипники работают нормально, а между обмотками ротора и статора не попали загрязнения.
Для оформления заказа позвоните менеджерам компании Кабель.РФ® по телефону +7 (495) 646-08-58 или пришлите заявку на электронную почту zakaz@cable.ru с указанием требуемой модели электродвигателя, целей и условий эксплуатации. Менеджер поможет Вам подобрать нужную марку с учетом Ваших пожеланий и потребностей.
§ 107. Режимы работы асинхронного двигателя [1970 Кузнецов М.И. — Основы электротехники]
Современная терраса: материалы и оборудование
Подключим обмотку статора к сети трехфазного переменного тока. Внутри статора возникает магнитное поле, вращающееся со скоростью n0. Магнитные линии поля будут пересекать обмотку неподвижного ротора и индуктировать в ней э.д.с. E2s. Под действием э.д.с. Е2s в обмотке ротора будет протекать ток I2.
Ток ротора, взаимодействуя с вращающимся магнитным полем, создает вращающий момент, под действием которого ротор начинает вращаться в сторону вращения поля со скоростью, меньшей скорости вращающегося поля. Если предположить, что ротор будет иметь такую же скорость вращения, как и магнитное поле, то токи в обмотке ротора исчезнут.
С исчезновением токов в обмотке ротора прекратится взаимодействие их с магнитным полем и ротор станет вращаться медленнее вращающегося поля. При этом обмотка ротора вновь начнет пересекаться вращающимся полем и на ротор снова будет действовать вращающий момент. Следовательно, ротор при своем вращении всегда должен отставать от скорости вращения магнитного поля статора, т. е.
вращаться с меньшей скоростью, почему эти двигатели и получили название асинхронных.
Если через n0 обозначить скорость вращения магнитного поля (синхронная скорость), а через n — скорость вращения ротора двигателя, то разность n0 — n будет называться скоростью скольжения. Отношение скорости скольжения к скорости вращающегося магнитного поля называется скольжением двигателя и обозначается буквой S.
- Таким образом, скольжение
- откуда
- n = n0(1 — S).
- Если, например, магнитное поле делает 1500, а ротор — 1450 об/мин, то скольжение
| S = | n0 — n | = | 1500 — 1450 | = 0,033 = 3,3%. |
| n0 | 1500 |
В момент пуска двигателя, когда скорость ротора n = 0, скольжение
при холостом ходе n ≈ n0 и поэтому скольжение
Скольжение асинхронного двигателя в зависимости от нагрузки меняется незначительно (1-6%). Чем больше мощность двигателя, тем меньше его скольжение.
Пример. Определить скольжение в процентах для шестиполюсного асинхронного двигателя, если ротор его делает 960 об/мин.
если f = 50 гц то
| n0 = | 50⋅60 | = 1000 об/мин, |
| 3 |
тогда скольжение
| S = | n0 — n | = | 1000 — 960 | = 0,04, или 4%. |
| n0 | 1000 |
Асинхронная машина, работая в режиме двигателя, изменяет скорость вращения от n = 0 (момент пуска) до n ≈ n0 (холостой ход) и соответственно скольжение от S = +1 до S ≈ 0.
Скольжение S характеризует скорость пересечения обмоток ротора вращающимся магнитным полем. Поэтому с изменением скорости вращения двигателя изменяется скольжение S и соответственно изменяется частота э.д.с. и токов в роторе, что видно из уравнения
| f2 = | p(n0 — n) | = pn0/60 ⋅ | n0 — n | = f1 ⋅ S. |
| 60 | n0 |
- При пуске двигателя
- S = 1; f2 = f1,
- при холостом ходе
- S ≈ 0, f2 ≈ 0.
- Например, если f1 = 50 гц, то при пуске f2 = 50 гц. При скольжении S = 2% частота тока в роторе
- f2 = f1 ⋅ S = 50 ⋅ 0,02 = 1 гц.
Наибольшее значение э.д.с. E2 в обмотке ротора асинхронного двигателя возникает в момент пуска, когда ротор неподвижен (n = 0, S = 1) и магнитный поток пересекает обмотку ротора с максимальной скоростью. Поэтому величина тока ротора, а следовательно, и тока статора в этот момент будет также наибольшей.
- Особенно велик пусковой ток у асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором из-за отсутствия токоограничивающих сопротивлений в его цепи. Пусковой ток у этих двигателей может превышать номинальное значение тока в 5-7 раз:
- Iп = (5 ÷ 7)Iн.
- В этом заключается основной недостаток асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.
- У асинхронных двигателей с фазным ротором удается при помощи пускового реостата значительно уменьшить пусковой ток. У этих двигателей пусковой ток только в 2-2,5 раза больше номинального тока:
- Iп = (2 ÷ 2,5)Iн.
- Электромагнитные процессы, происходящие в асинхронном двигателе, во многом подобны процессам, происходящим в трансформаторе.
Двигатель, как и трансформатор, имеет две обмотки, между которыми существует магнитная связь. Роль первичной обмотки трансформатора выполняет в двигателе обмотка статора, роль вторичной — обмотка ротора.
При работе асинхронного двигателя по обмоткам статора W1 и ротора W2 протекают соответственно токи I1 и I2, которые создают две намагничивающие силы W1I1 и W2I2. Совместным действием этих намагничивающих сил в машине создается результирующий магнитный поток Φ.
Как и в трансформаторе, напряжение на зажимах обмотки статора U1 уравновешивается почти полностью э.д.с. Е1, индуктированной в этой обмотке вращающимся магнитным полем.
Величина результирующего магнитного потока Φ определяется величиной напряжения U1 и почти не зависит от величины нагрузки.
Взаимное отношение токов статора и ротора в асинхронных двигателях аналогично соотношению первичного и вторичного токов в трансформаторе. Ток статора является намагничивающим, а ток ротора, согласно правилу Ленца, является размагничивающим.
При работе электродвигателя без нагрузки (холостой ход) скольжение S очень мало. С увеличением нагрузки на валу двигателя скорость вращения ротора уменьшается, а скольжение S увеличивается.
В связи с этим возрастает скорость пересечения витков обмотки ротора вращающимся магнитным полем, а следовательно, увеличиваются индуктированная в роторе э.д.с. Е2 и ток I2.
Так как результирующий магнитный поток Φ должен оставаться при этом неизменным, то возрастание размагничивающего тока I2 вызывает соответственно увеличение тока I1, потребляемого обмоткой статора из питающей сети. По амперметру, включенному в цепь статора, можно, таким образом, судить о нагрузке двигателя.
Разница между асинхронным двигателем и трансформатором заключается, во-первых, в конструкции магнитной цепи. У двигателя цепи (первичная и вторичная) разделены воздушным промежутком, чего не бывает у трансформаторов обычной конструкции. При работе двигателя ротор вместе с его обмоткой вращается.
Во-вторых, в асинхронном двигателе электрическая энергия, потребляемая из сети, за вычетом потерь в двигателе, преобразуется в механическую энергию, используемую для приведения во вращение машины, станка или механизма, соединенного с валом двигателя.
В электрическом двигателе потери складываются из электрических (в обмотках), магнитных (в стали магнитопровода) и механических (трение в подшипниках и трение вращающегося ротора о воздух). Эти потери вызывают нагревание обмоток и других частей машин.
Номинальная мощность электрического двигателя, так же как и трансформатора, определяется предельно допустимой температурой нагрева изоляции обмоток, т. е. главным образом предельно допустимым длительным номинальным током.
В паспорте электрического двигателя указывается его номинальная мощность Рн (квт), т. е. механическая мощность на валу двигателя, которая может длительно отдаваться приводимой рабочей машине без перегрева обмоток двигателя. к.п.д.
асинхронных двигателей при номинальной нагрузке находится в пределах 85-95% (верхний предел относится к двигателям большей мощности).
12. Холостой ход асинхронного двигателя
Режим
холостого хода асинхронного двигателя
возникает при отсутствии на валу нагрузки
в виде редуктора и
рабочего органа. Из опыта холостого
хода могут быть определены значения
намагничивающего тока и мощности потерь
в магнитопроводе, в подшипниках, в
вентиляторе. В режиме реального холостого
хода s=0,01-0,08.
В режиме идеального холостого хода n2=n1,
следовательно s=0
(на самом деле этот режим недостижим,
даже при допущении, что трение в
подшипниках не создаёт свой момент
нагрузки — сам принцип работы
двигателя подразумевает отставание
ротора от поля статора для создания
поля ротора.
При s=0
поле статора не пересекает обмотки
ротора и не может индуцировать в нём
ток, а значит не создаётся магнитное
поле ротора.)
13. Приведение вторичной обмотки трансформатора к первичной
Для
упрощения анализа и расчета режимов
работы трансформатора пользуются
способом, при котором одна из его обмоток
приводится к другой.
Смысл приведения
состоит в том, чтобы сделать ЭДС первичной
и вторичной обмоток одинаковыми,
электромагнитную связь между обмотками
заменить электрической связью и получить
единую электрическуюсхему
замещениятрансформатора,
построить другую, более простую и
наглядную векторную диаграмму.
Чаще
всего вторичную обмотку приводят к
первичной. Для этого условно заменяют
реальную вторичную обмотку некоторой
фиктивной обмоткой с числом витков:
т.е.
увеличивают число ее витков в k раз.
Таким образом, коэффициент приведения
вторичной обмотки к первичной равен
коэффициенту трансформации. Все параметры
приведенной обмотки обозначают со
штрихами:
и
т.д. В приведенной обмотке в соответствии
с новым числом витков увеличиваются
все ЭДС, напряжения и падения напряжения,
т.е.:
Важным
условием приведения является то, чтобы
мощности и потери энергии во вторичной
обмотке не изменялись. Для этого должны
выполняться равенства:
из
которых получаются соотношения для
тока и активного сопротивления приведенной
вторичной обмотки:
Аналогично
последнему соотношению изменяются
индуктивное сопротивление рассеяния
приведенной вторичной обмотки и параметры
нагрузки:
Для
полных сопротивлений справедливы
соотношения:
Если
таким образом изменить (условно конечно)
все электрические величины вторичной
обмотки, то энергетические соотношения
в реальном и приведенном трансформаторе
сохраняются без изменений и поэтому
приведение правомерно. При этом необходимо
помнить, что приведение — это чисто
аналитический прием, позволяющий
упростить расчеты и анализ физических
процессов в реальном трансформаторе.
14. Основные уравнения и векторная диаграмма трансформатора Векторная диаграмма трансформатора
Воспользуемся
вторым основным уравнением и произведем
сложение векторов:
Для
этого к концу вектора E2‘
пристроим вектор — j I2‘
x2‘,
а к его концу — вектор — I2‘
r2‘.
Результирующим вектором U2‘
будет вектор, соединяющий начало
координат с концом последнего вектора.
Теперь используем третье основное
уравнение:
из
которого видно, что вектор тока I1 состоит
из геометрической суммы векторов I10 и
— I2‘.
Произведем это суммирование и достроим
векторную диаграмму трансформатора.
Теперь вернемся к первому основному
уравнению:
Чтобы
построить вектор — Е1 ,
нужно взять вектор +Е1 и
направить его в противоположную сторону.
Теперь можно складывать с ним и другие
векторы: + j I1 x1 и
I1 r1.
Первый будет идти перпендикулярно току,
а второй — параллельно ему. В результате
получим суммарный вектор u1.
Построенная
векторная диаграмма трансформатора
имеет общий характер. По этой же методике
можно осуществить ее построение как
для различных режимов, так и для разных
характеров нагрузки.
Загрузка...
