Вид рабочих характеристик асинхронного двигателя

  • Систему уравнений АД представим записанной в форме Коши, одновременно заменяя токи обмоток через функции потокосцеплений.
  • Или, подставляя выражения для токов, получаем:
  • Подставляем полученные значения токов и момента в уравнения и, обозначая D1 = L1L2—L2m, получаем:

Последние уравнения можно рассматривать как уравнения состояния АД.

В качестве переменных состояния здесь выступают проекции потокосцеплений на ортогональные оси и угловая частота вращения ротора. Внешними воздействиями на

двигатель являются напряжения статора и момент сил сопротивления.

  1. Эти уравнения нелинейны (содержат произведения переменных состояния) и решения в общем виде не имеют. Переходные процессы АД обычно
  2. исследуют моделированием на ЭВМ.

Передаточная функция асинхронного электродвигателя

Структурную схему АД можно построить, если перейти от системы дифференциальных к операторным уравнениям.

Вид рабочих характеристик асинхронного двигателя

Рассмотрим динамику работы АД при управлении напряжением, подаваемом на обмотку статора. Электромагнитными переходными процессами пренебрегаем и рассматриваем только электромеханический процесс. В общем виде момент вращения электродвигателя является функцией частоты вращения и напряжения на зажимах обмотки статора, а статический момент сопротивления

зависит от частоты вращения.

Вид рабочих характеристик асинхронного двигателя Вид рабочих характеристик асинхронного двигателя Вид рабочих характеристик асинхронного двигателя Вид рабочих характеристик асинхронного двигателя Вид рабочих характеристик асинхронного двигателя Вид рабочих характеристик асинхронного двигателя Вид рабочих характеристик асинхронного двигателя Вид рабочих характеристик асинхронного двигателя

  • Изменение напряжения, подаваемого на обмотку статора, на DU вызывает соответствующие изменения моментов и частоты вращения:
  • При единичном сигнале DU(p) = U(p), DW(p) = W(р). Передаточная функция АД при управлении напряжением, подаваемом на обмотку
  • статора, имеет вид:
  • W(p) = W(р)/U(p) =kдв / (Tэмp+l).
  • Следует иметь в виду, что kдв и Тэм переменные параметры, значения которых зависят от точки на механической характеристике, около которой
  • происходит регулирование.

Советуем изучить —  План мероприятий при НМУ

Передаточная функция АД при частотном регулировании

  1. Получить точное выражение передаточной функции АД, отражающей электромагнитные и механические переходные процессы при частотном регулировании, не представляется возможным, потому что имеют место существенные нелинейности, связанные с преобразованием управляющего сигнала в частоту
  2. напряжения, питающего электродвигатель.
  3. Вопрос осложняется также наличием двух контуров регулирования по двум взаимосвязанным входам — амплитуде и частоте напряжения. Поэтому для электроприводов с частотным управлением особое значение имеют методы
  4. моделирования на ЭВМ.

При малых изменениях частоты напряжения Dw1будет изменяться только активная составляющая тока ротора, реактивной составляющей пренебрегают. Пренебрегают величинами второго порядка малости. Таким образом, исследуется вращение ротора в магнитном поле постоянной амплитуды, вращающемся с заданной частотой при скачкообразном изменении частоты питающего напряжения.

Передаточная функция при принятых условиях:

где а=г2/sL2; b=Lm/sL2; d=2J/(3р2Lm); Imb0 -установившееся значение тока намагничения.

9.5. Вращающий (электромагнитный) момент асинхронного электродвигателя

  • Рассмотрим энергетическую диаграмму трехфазного АД.
  • В диаграмме приняты следующие обозначения:
  • P1 — активная мощность, потребляемая двигателем из сети,
  • Pэл1, Pэл2 — электрические потери в обмотках статора и ротора,
  • Pст — потери в стали,
  • Pэм — электромагнитная мощность, передаваемая электромагнитным путем ротору,
  • Pмх— полная механическая мощность,
  • Pмех, Рдоб — механические и добавочные потери,
  • P2 — полезная мощность на валу.
  • Пусковые характеристики АД, представлены на рисунке.
  • Максимальному значению момента вращения соответствует некоторое скольжение sкр, называемое критическим. Значение критического скольжения во многом определяется
  • величиной омического сопротивления обмотки ротора.
  1. Асинхронные электродвигатели различных серий имеют широкий диапазон варьирования параметров пусковых характеристик:
  2. Мп=(0,7 — 1,8)Мн; Iп=(5,5 — 7)Iн; sk=0,06 — 0,15; Mmax=(1,7-3)Мн;sh =0,01 — 0,02.
  3. Меняя омическое сопротивление роторной обмотки r, изменяем характер кривой момента:

Советуем изучить —  Солнечные концентраторы. виды и особенности. применение

Форма кривой момента вращения зависит также от формы пазов ротора:

1 — с пазами бутылочной формы, 2 — глубокопазный ротор, 3 — ротор с двойной беличьей клеткой

Режимы работы асинхронных машин

  • Направление вращения асинхронного электродвигателя при прямом порядке чередования фаз (аbс) принимаем за положительное (первый квадрант), а при обратном порядке чередования фаз (acb) — за отрицательное (третий квадрант). Во втором и четвертом квадрантах представлены характеристики
  • тормозных режимов.

Двигательный режим

  1. Двигательный режим характеризуется изменением частоты вращения электродвигателя от нуля (точка пуска) до W1 (точка идеального холостого хода) при соответствующем изменении момента (тока)
  2. от Мпуск (Iпуск)
  3. Устойчивый режим работы обеспечивается частью механической характеристики АД лежащей в диапазоне изменения скольжения от нуля до skp.
  4. Рабочие характеристики асинхронного электродвигателя строят в функции полезной мощности электродвигателя Р2.

до нуля.

Рекуперативное торможение

Рекуперативное торможение (генераторный режим) с отдачей энергии в сеть имеет место тогда, когда под влиянием нагрузочного момента или другой причины угловая частота вращения ротора асинхронной машины превысит

синхронную частоту W1. В генераторном режиме скольжение s

Динамическое торможение

Режим динамического торможения применяется для быстрой остановки вращающегося двигателя.

Режим динамического торможения осуществляется следующим образом: фазы статора отключаются от сети переменного тока и одна фаза, если выведен нуль, или две фазы, соединенные последовательно, подключаются к источнику постоянного тока. Постоянный ток, создает неподвижное в пространстве магнитное поле, в котором вращается ротор. Создается тормозной

момент и двигатель останавливается.

Торможение противовключением

Режим противовключения имеет место тогда, когда во вращающемся двигателе переключают две фазы статорной обмотки, что приводит к изменению направления вращения поля статора: ротор и поле статора вращаются в

противоположных направлениях. В режиме противовключения скольжение s>l. Двигатель потребляет из сети активную

мощность, в то же время потребляется механическая мощность вращающегося ротора. Обе эти мощности преобразуются в потери, так как полезная мощность равна нулю.

  • Ротор энергично тормозится. Если в момент, когда s=1, фазы обмотки статора не будут
  • направлению вращения и произойдет реверс двигателя.
  • Помогла ли вам статья?

отключены от сети, то ротор будет разгоняться в противоположном исходному Пишите ваши рекомендации и задавайте вопросы в х

Рабочие характеристики трехфазного асинхронного двигателя

Рабочими характеристиками называются зависимости мощ­ности Р1скольжения s, тока в фазе статора I1, КПД η и cosφ1 от полезной мощности Р2при U1= const и f1 = const.

Характеристики строятся для зоны практически устойчи­вой работы двигателя, т.е. до значений скольжений(1,1… 1,2)%.

Опытным путем характеристики получают путем изменения нагрузки на валу двигателя при помощи вспомогательного нагрузочного устройства, из которых предпочтительным являет­ся генератор постоянного тока независимого возбуждения.

Непосредственно измеряют момент, скорость вращения, ток ста­тора, мощность, потребляемую из сети. Скольжение, КПД и ко­эффициент мощности определяют расчетным путем по соот­ношениям, приведенным выше.

Рабочие характеристики, построенные в относительных единицах, представлены на рис. 3.16.

Вид рабочих характеристик асинхронного двигателя

Рис. 3.16. Рабочие характеристики трехфазного асинхронного двигателя

Зависимость s(P2) практически линейна и кривая слабо наклонена к оси абсцисс, поскольку sH(0,08…0,1) и момент практически линейно зависит от скольжения.

Зависимость Р12) также близка к линейной, как и зависи­мость I12). Это свидетельствует о том, что активная состав­ляющая тока пропорциональна полезной мощности Р2.

Реак­тивная составляющая тока в диапазоне рабочих нагрузок ме­няется мало, поскольку она определяется током холостого хода I0, который составляет 20…40% от номинального тока.

Поэтому зависимость I1(P2) выходит не из начала координат.

Зависимость cosφ1 = f(P2) показывает, что при малых на­грузках cosφ1 имеет низкие значения (0,1…0,3). С увеличением нагрузки cosφ1 увеличивается, достигая максимума (0,75…

0,9) при нагрузке, близкой к номинальной. С ростом нагрузки и мощности активная составляющая мало изменяется по срав­нению с режимом холостого хода.

При дальнейшем росте нагрузки cosφ1 снижается из-за роста потоков рассеяния об­моток.

Зависимость η2) имеет такой же характер, как и у транс­форматора. Максимум КПД имеет место при нагрузках, немно­го меньших, чем номинальное значение. При дальнейшем уве­личении нагрузки КПД снижается из-за роста электрических потерь, которые пропорциональны квадратам токов статора и ротора.

Из анализа рабочих характеристик следует, что при малых нагрузках работа двигателя неэффективна, он имеет малые значения КПД и коэффициента мощности.

С другой стороны, если двигатель перегружен, то эффективность его работы также снижается, но сверх того, он испытывает повышенный нагрев, а условия охлаждения, напротив, ухудшаются, поскольку интенсивность охлаждения зависит от куба скорости враще­ния вентилятора на валу двигателя. Поэтому, выбирая двига­тель для конкретного механизма, следует как можно точнее рассчитывать его мощность.

Способы пуска и регулирования

Частоты вращения АД.

Пусковые свойства асинхронных двигателей в основном определяются следующими величинами: пусковым током, пус­ковым моментом, плавностью и экономичностью процесса пус­ка, длительностью пуска.

В каталогах обычно указывается кратность пускового тока IП/IН и пускового момента МП/МН.

Кроме того, пусковые свойства асинхронного двигателя опре­деляются особенностями его конструкции, в частности устрой­ством ротора, который может быть с обычной короткозамкнутой обмоткой, с глубокопазной короткозамкнутой обмоткой, с фазным ротором.

Различают три вида пуска: прямой, пуск с пониженным напряжением на статоре, реостатный пуск (для двигате­лей с фазным ротором).

Прямой пуск наиболее простой и чаще всего применяет­ся для пуска двигателей с короткозамкнутым ротором. Необ­ходим лишь коммутирующий аппарат — рубильник или маг­нитный пускатель, а для двигателя высокого напряжения — масляный выключатель. Пуск происходит путем непосредствен­ного подключения обмотки статора к сети.

При прямом пуске двигателя кратность пускового тока велика и составляет при­мерно 5,5…7 (для двигателей мощностью 0,6…100 кВт при синхронной скорости 750…3000 об/мин).

Кратковременный толчок пускового тока относительно безопасен для двигате­ля, но вызывает увеличение потери напряжения в сети и может неблагоприятно сказаться на других потребителях энергии, присоединенных к той же сети.

Поэтому допустимая номи­нальная мощность асинхронных двигателей при прямом пуске зависит от мощности распределительной сети. В мощных се­тях допускается прямой пуск двигателей с короткозамкнутым ротором мощностью и до 1000 кВт, но в большинстве случаев эта мощность не превышает 100 кВт.

У двигателей общепромышленного исполнения с короткозамкнутой обмоткой ротора кратность пускового момента лежит в пределах 1,2…2,5. Таким образом, двигатель при пуске имеет большую силу тока, а развивает относительно не­большой пусковой момент.

Пуск с пониженным напряжением на статоре. Ис­пользуется для мощных двигателей с целью ограничения пус­кового тока. Используют для этой цели реакторы (трехфаз­ные катушки индуктивности), автотрансформаторы (рис. 3.17).

Вид рабочих характеристик асинхронного двигателя

Рис. 3.17. Схема пуска короткозамкнутого двигателя: а — с помощью реактора; б — при помощи автотрансформатора

Для уменьшения пускового тока можно на начальном эта­пе пуска понизить напряжение на зажимах статора, включив последовательно с обмоткой статора трехфазное индуктив­ное сопротивление — реактор Р (рис. 3.17,а).

При пуске за­мыкается выключатель В1, и, таким образом, осуществляется последовательное соединение реактора и двигателя МА. Когда скорость двигателя приближается к номинальной, замыкается выключатель В2, который закорачивает катушку и подает на­пряжение сети непосредственно на статор МА.

Читайте также:  Вольво 850 двигатель не заводиться

Уменьшение пускового тока, создаваемое понижением напряжения на стато­ре, вызывает уменьшение пускового момента, пропорциональ­ного квадрату напряжения на статоре. Например, при таком пуске уменьшение пускового тока в 2 раза будет сопровож­даться уменьшением пускового момента в 4 раза.

Во многих случаях при пуске двигателя под нагрузкой такое понижение момента недопустимо, двигатель не сможет преодолеть ме­ханический момент торможения на валу.

Еще менее выгодно применение вместо реактора активно­го сопротивления поскольку это связано с дополнительными потерями энергии в реостате.

Для мощных двигателей часто применяется пуск при помо­щи автотрансформатора (рис. 3,17,б). Пуск происходит в два этапа: на первом этапе переключатели П1-ПЗ находятся в по­ложении 1.

На двигатель МА подается пониженное фазное напряжение, и пусковой ток уменьшается пропорционально коэффициенту трансформации, но пусковой ток в сети меньше пускового тока двигателя в k раз. Следовательно, понижение напряжения автотрансформатором в к раз уменьшает пуско­вой ток в сети в k2раз.

В то же время пусковой момент, пропорциональный квадрату напряжения, уменьшается в k2раз. Таким образом, пусковой момент уменьшается пропорциональ­но линейному пусковому току, тогда как при реостатном пуске момент уменьшается пропорционально квадрату пускового тока.

Например, при понижении напряжения автотрансфор­матором вполовину пусковой ток сети понизится в 2 раза и в 2 раза понизится и пусковой момент. На втором этапе пере­ключатели П1-ПЗ переводятся в положение 2 и к статору подводится полное напряжение сети.

Вид рабочих характеристик асинхронного двигателя

Понижение напряжения на статоре на время пуска можно осуществить также посредством переключения на время пуска обмотки статора, нормально работающей при соединении «треугольником», на соединение «звездой». Такое переключе­ние применяется только для пуска в ход короткозамкнутых двигателей относительно малой мощности, примерно до 20 кВт, работающих нормально при соединении обмоток статора «треугольником». При пуске обмотка статора соединяется «звездой», благодаря чему фазное напряжение уменьшается в √3 раз, примерно во столько же раз уменьшается и фазный пусковой ток. Переключение с «треугольника» на «звезду» используется также для того, чтобы дать возможность приме­нять одни и те же двигатели при двух различных линейных напряжениях, например 220/380 В. Для упрощения переклю­чения, а также для использования стандартных перемычек, за­жимы обмоток статора на присоединительном щитке двигате­ля располагаются соответствующим образом (рис. 3.18).

Рис. 3.18. Расположение на щитке зажимов начал и концов обмотки

статора

Следует отметить, что для машин переменного тока, раз­работанных после 1 января 1987 г.

, установлена система обо­значений выводов обмоток (ГОСТ 26772-85), соответствующая международным стандартам: фаза A: U1w U2, фаза В: V1 и V2, фаза С: W1 и W2.

При соединении обмотки в «звезду» внут­ри двигателя используют обозначения выводов: U, V, W (N — если нейтраль выведена); при соединении обмотки в «тре­угольник»: U, V, W. Линейные провода на схеме обозначаются соответственно: L1, L2w L3.

Хорошими пусковыми свойствами обладает асинхронный двигатель с двойной беличьей клеткой. В таком двигателе короткозамкнутая обмотка ротора выполнена в виде двойной беличьей клетки, т. е. короткозамкнутый ротор снабжается двумя клетками, лежащими в теле ротора одна над другой: нижней — рабочей / и верхней — пусковой 2 (рис. 3.19,а).

Стержни нижней клетки имеют обычно большее сечение (рис. 3.19,б). Таким образом, активное сопротивление верхней клетки значительно больше активного сопротивления нижней клетки (в 4—5 раз). Обе клетки

Вид рабочих характеристик асинхронного двигателя

снабжены с торцевых сторон замыкающими кольцами.

Рис. 3.19. Ротор с двойной беличьей клеткой (а) и сечения верхнего и нижнего стержней (б)

В первый момент пуска двигателя (пока g = 1) частота токов в роторе равна частоте сети; в этих условиях полное сопротивление внутренней клетки обусловливается главным образом ее большим индуктивным сопротивлением. Таким образом, при пуске двигателя в роторе имеет место явление вытеснения тока из внутренней беличьей клетки.

В то же время полное сопротивление наружной клетки является пре­имущественно активным сопротивлением и создает большой пусковой момент, как это имеет место и у двигателя с контактными кольцам при включении пускового активного со­противления.

Отношение токов верхней и нижней клеток за­висит от отношения полных сопротивлений этих клеток; обыч­но при пуске ток нижней клетки значительно меньше тока верхней клетки.

По мере разгона ротора частота токов в нем уменьшается, уменьшается и влияние индуктивного сопротивления на рас­пределение токов.

При номинальной скорости вращении час­тота токов ротора имеет значение порядка 1 Гц; в этих усло­виях индуктивные сопротивления весьма малы и распределе­ние токов между клетками ротора определяется отношением активных сопротивлений клеток, поэтому большая часть тока проходит по нижней, рабочей клетке, а результирующее актив­ное и полное сопротивления ротора в таких условиях малы, как у обычного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Таким образом, у двигателей с двойной беличьей клеткой активное сопротивление обмотки ротора в целом изменяется в зависимости от изменения скольжения — оно велико при пуске и мало при номинальной скорости. Благодаря этому двигатель с двойной беличьей клеткой, по сравнению с обыч­ным двигателем, имеющим короткозамкнутый ротор, развивает повышенный пусковой вращающий момент при пониженном пусковом токе.

Двигатель с глубоким пазом ротора также обладает повы­шенным пусковым моментом. Это обусловлено также явлени­ем вытеснения тока и представляет собой упрощенный вариант двигателя с двойной клеткой. Обмотка ротора этого дви­гателя изготовляется из прямоугольных стержней малой ши­рины и большой высоты, которые помещаются в соответствующие глубокие пазы в стали ротора или заливаются в них.

Вид рабочих характеристик асинхронного двигателя

Рис. 3.20. Стержень ротора и распределение магнитного

поля в глубокопазном ротаре

Переменный ток распределя­ется по сечению проводника в об­щем случае неравномерно; это явление использовано в данном двигателе. На рис. 3.20 показа­но поле рассеяния, замыкающее­ся поперек глубокого паза, когда по стержню обмотки проходит ток.

Часть стержня, лежащая в глубине паза, сцеплена с боль­шим потоком рассеяния, чем верх­няя часть того же стержня.

Вслед­ствие этого при пуске двигателя в повышенное реактивное сопротивление нижней части стерж­ня вызывает вытеснение тока ротора в верхнюю часть сечения стержня.

Это эквивалентно уменьшению сечения стержня и увеличению активного сопротивления обмотки ротора, благо­даря чему повышается пусковой момент двигателя и уменьша­ется пусковой ток.

При рабочей скорости двигателя индуктивное сопротивле­ние становится незначительным благодаря уменьшению часто­ты, ток распределяется по сечению стержня почти разномерно и двигатель работает, как обычный короткозамкнутый.

Двигатель с глубоким пазом ротора в конструктивном от­ношении проще двигателя с двойной клеткой и получил широ­кое применение.

Вид рабочих характеристик асинхронного двигателя

Лучшие пусковые условия обеспечивает асинхронный дви­гатель с фазным ротором (рис. 3.21,а). При включении в цепь ротора пускорегулирующего сопротивления можно получить семейство механических характеристик с пусковыми момента­ми от минимального значения Мп, соответствующего есте­ственной характеристике, до Мп1, равного критическому мо­менту двигателя Мкр. При этом пропорционально будет умень­шаться ток двигателя, поскольку R3>R2>R1.

Рис. 3.21. Схема соединения обмоток статора и ротора

  • асинхронного двигателя с фазным ротором (а)
  • и механические характеристики двигателя при увеличении
  • пускорегулирующего сопротивления от 0 до R3 (б)

При изменении добавочного сопротивления в цепи ротора максимальный момент двигателя не изменяется, поскольку он не зависит от активного сопротивления ротора, увеличение сопротивления только смещает его в сторону большего сколь­жения. Выключение ступеней пускового реостата заставляет двигатель переходить с одной характеристики на другую.

Сопротивления реостата обычно выводят на контакты, бла­годаря чему при пуске момент двигателя и ток изменяются по ступенчатой кривой (рис. 3.

21,б), число ступеней которой определяется числом контактов пускового реостата. Чем бли­же пусковой момент к максимальному моменту, тем больше будет и пусковой ток.

По этой причине лишь для особо тяже­лых условий пуска реостат подбирается так, чтобы пусковой момент был равен максимальному.

Пусковой реостат должен в течение времени пуска, не перегреваясь, поглощать мощность, примерно равную мощно­сти двигателя. Следовательно, размеры пускового реостата определяются частотой пусков. В ряде случаев пусковые рео­статы выполняются с масляным охлаждением.

Таким образом, применение пускового реостата значитель­но улучшает пусковые условия асинхронного двигателя, повы­шая пусковой момент и уменьшая толчок тока. Однако, с дру­гой стороны, двигатель с фазной обмоткой ротора дороже двигателя с короткозамкнутой обмоткой, усложняется его об­служивание, что следует иметь в виду при подборе двигателя для конкретных механизмов.

Untitled Document

Вращающий момент асинхронного двигателя. Вращающий момент асинхронного двигателя создается при взаимодействии вращающегося магнитного поля статора с токами в проводниках обмотки ротора.

Поэтому вращающий момент зависит как от магнитного потока статора Фm, так и от тока в обмотке ротора I2.

Однако в процессе преобразования энергии (создании вращающего момента) участвует только активная мощность, потребляемая машиной из сети. Вследствие этого вращающий момент зависит не от тока в обмотке ротора I2, а только от его активной составляющей, т. е.

I2Xcos2, где 2 — фазный угол между эдс и током в обмотке ротора. Таким образом, вращающий момент асинхронного двигателя определяется следующим выражением:

М = С Фm I2 cos2,

где С — конструктивная постоянная машины, зависящая от числа ее полюсов и фаз, числа витков обмотки статора и конструктивного выполнения обмотки. При условии постоянства приложенного напряжения магнитный поток остается также почти постоянным при любом изменении нагрузки двигателя.

Таким образом, в выражении вращающего момента величины Фm и С постоянны и вращающий момент пропорционален только активной составляющей тока в обмотке ротора, т. е. M ~ I2cos2.

Изменение нагрузки или тормозного момента на валу двигателя изменяет частоту вращения ротора и скольжение, что вызовет изменение как тока в роторе I2, так и его активной составляющей I2 cos2. Можно ток в роторе определить отношением эдс к полному сопротивлению, т. е.

I2 = E2/Z2 = E2/(R + X) и cos2 = R2/(R + X),

где Z2, R2 и X2 — полное, активное и реактивное сопротивления фазы обмотки ротора. Вместе со скольжением изменяется частота тока ротора.

При неподвижном роторе (n2 = 0 и S = 1) вращающееся поле с одинаковой частотой пересекает проводники обмотки статора и ротора и частота тока в роторе равна частоте тока в сети (f2 = f1).

При уменьшении скольжения обмотка ротора пересекается магнитным полем с меньшей частотой, так что частота тока в роторе уменьшается. Когда ротор вращается синхронно с полем (n2 = n1 и S = 0), проводники обмотки ротора не пересекаются магнитным полем, так что частота тока в роторе равна нулю f2 = . Таким образом, частота тока в роторе пропорциональна скольжению, т. е. f2 =Sf1. Активное сопротивление обмотки ротора почти не зависит от частоты, тогда как эдс и реактивное сопротивление пропорциональны частоте, т. е. изменяются с изменением скольжения, и могут быть определены следующими выражениями:

Читайте также:  Двигатель бедини как собрать

E2 = SE и X2 = SX,

где Е и X — соответственно эдс и индуктивное conpoтивление фазы обмотки неподвижного ротора. Таким образом, имеем: I2 = SE/(R + (SX)) и cos2 = R2/(R + (SX)) и вращающий момент

M I2cos2 = SER2/(R + (SX))

Зависимость вращающего момента асинхронного двигателя от скольжения Вид рабочих характеристик асинхронного двигателя Следовательно, при небольших скольжениях (примерно до 20%), когда SX мало по сравнению с R2, увеличение скольжения вызывает повышение вращающего момента, так как при этом возрастает активная составляющая тока в роторе (I2cos2). При больших скольжениях (SX>R2) увеличение скольжения будет вызывать уменьшение вращающего момента. Таким образом, хотя и возрастает ток в роторе I2, но его активная составляющая I2cos2 и, следовательно, вращающий момент уменьшатся вследствие значительного повышения реактивного сопротивления обмотки ротора. На изо показана зависимость вращающего момента от скольжения.

При некотором скольжении Sm (примерно 20%) двигатель развивает максимальный момент, который определяет перегрузочную способность двигателя и обычно в 2 — 3 раза превышает номинальный момент.

Устойчивая работа двигателя возможна только на восходящей ветви кривой зависимости момента от скольжения, т. е при изменении скольжения в пределах от до Sm. Работа двигателя на нисходящей ветви указанной зависимости, т. е. при скольжении S > Sm невозможна, так как не обеспечивается устойчивое равновесие моментов. Если предположить, что вращающий момент был равен тормозному (M = МТ) в точках А и Б, то при случайном нарушении равновесия моментов в одном случае оно восстанавливается, а в другом не восстанавливается. Допустим, что вращающий момент двигателя почему-либо уменьшился (например, при понижении напряжения сети), тогда скольжение начнет увеличиваться.

Если равновесие моментов было в точке A, то увеличение скольжения вызовет увеличение вращающего момента двигателя и он станет вновь равным тормозному моменту, т. е. равновесие моментов восстановится.

Если же равновесие моментов было в точке Б, то увеличение скольжения вызовет уменьшение вращающего момента, который будет оставаться всегда меньше тормозного, т. е. равновесие моментов не восстановится и частота вращения ротора будет непрерывно уменьшаться до полной остановки двигателя.

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).

Вид рабочих характеристик асинхронного двигателяИз 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.

Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Предыдущая | Содержание | Следующая >>§ 94.

РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Рабочие характеристики асинхронного двигателя представляют собой зависимости скольжения S, числа оборотов ротора n2, раз­виваемого момента М, потребляемого тока I1, расходуемой мощности Р1, коэффициента мощности соs j и к. п. д.

η от полезной мощности Р2 на валу машины. Эти характеристики (рис. 115) снимаются три естественных условиях работы двигателя, т. е. двигатель нерегулируемый, частота f1 и напряжение U1 се­ти остаются постоянными, а изменяется только нагрузка на валу двигателя.

  • При увеличении нагрузки на валу двигателя скольжение возрастет, причем при боль­ших нагрузках скольжение увеличивается несколько быст­рее, чем при малых.
  • При холостом ходе двигателя п2=n1 или S=0.
  • При номинальной нагрузке скольжение обычно составляет S = 3-5%.
  • Скорость вращения ротора

  Металлические опоры ВЛ и ЛЭП

Так как при увеличении нагрузки на валу двигателя скольжение возрастает, то число оборотов будет уменьшаться. Однако из­менение скорости вращения при увеличении нагрузки от 0 до номи­нальной очень незначительно и не превышает 5%. Поэтому скоро­стная характеристика асинхронного двигателя является жесткой — она имеет очень малый наклон к горизонтальной оси.

Вращающий момент, развиваемый двигателем М, уравновешен тормозным моментом на валу М2 и моментом, идущим на преодоление механических потерь М0, т. е.

  1. где Р2 — полезная мощность двигателя,
  2. W2 — угловая скорость ротора.
  3. При холостом ходе двигателя вращающий момент равен М0; с увеличением нагрузки на валу этот момент также увеличивается, причем за счет некоторого уменьшения скорости ротора увеличение вращающего момента происходит быстрее, чем увеличение полезной мощности на валу.

Сила тока I1 потребляемого двигателем из сети, неравномерно изменяется с увеличением нагрузки на валу двигателя. При холо­стом ходе соs j мал и ток имеет большую реактивную составляю­щую и очень малую активную составляющую.

При малых нагруз­ках на валу двигателя активная составляющая тока статора меньше реактивной составляющей, а потому изменение нагрузки, т. е. изменение активной составляющей тока, вызывает незначитель­ное изменение силы тока I1 (определяющейся в основном реактивной составляющей).

При больших нагрузках активная составляющая тока статора становится больше реактивной и изменение нагрузки вызывает значительное изменение силы тока I1..

Потребляемая двигателем мощность Р1 при графическом изоб­ражении имеет вид почти прямой линии, незначительно отклоняю­щейся вверх при больших нагрузках, что объясняется увеличением потерь в обмотках статора и ротора с увеличением нагрузки.

Изменение коэффициента мощности при изменении нагрузки на валу двигателя происходит следующим образом. При холостом ходе соsj 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 соsj возрастает (достигая наибольшего значения 0,8—0,9) в результате увеличе­ния активной составляющей тока статора.

При очень больших на­грузках происходит некоторое уменьшение соsj, так как вследствие значительного увеличения скольжения и частоты тока в роторе возрастает реактивное сопротивление обмотки ротора.

Кривая к. п. д. т) имеет такой же вид, как в любой машине или трансформаторе. При холостом ходе к. п. д. равен нулю. С увели­чением нагрузки на валу двигателя к. п. д. резко увеличивается, а затем уменьшается.

Наибольшего значения к. п. д. достигает при такой нагрузке, когда потери мощности в стали и механические потери, не зависящие от нагрузки, равны потерям мощности в обмотках статора и ротора, зависящим от нагрузки.

  • Предыдущая | Содержание | Следующая >>
  • Определение 1 Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором — это асинхронный электрический двигатель, ротор которого выполнен с короткозамкнутой обмоткой в виде беличьей клетки.
  • В каждом электрическом двигателе есть два основных элемента:

Статор и рот заключены в защитный кожух. Чтобы охлаждать проводники обмотки на валу устанавливается вентилятор. Данный принцип положен в основу строения всех типов двигателей.

Конструкция статора асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором ничем не отличается от строения статора других видов двигателей.

Пример схемы конструкции асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором представлен на рисунке ниже.

Готовые работы на аналогичную тему

  • Курсовая работа Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором 470 руб.
  • Реферат Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором 280 руб.
  • Контрольная работа Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором 210 руб.

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту Узнать стоимость

  Последовательное соединение потребителей энергии тока это

Рисунок 1. Схема конструкции асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

1 — подшипник; 2 — вал; 3 — подшипниковый щит; 4 — коробка выводов; 5 — сердечник ротора с короткозамкнутой обмоткой; 6 — сердечник статора с обмоткой; 7 — корпус; 8 — кожух вентилятора; 9 — подшипниковый щит; 10 — вентилятор; 11 — подшипник; 12 — обмотка статора; 13 — паспортная табличка; 14 — лапы; 15 — болт заземления; А — литая обмотка; Б — сварная обмотка; В — короткозамкнутая обмотка ротора без сердечника.

https://www.youtube.com/watch?v=zandq6F0tPQ\u0026t=3s

Конструкция обмотки ротора похожа на беличью клетку. Данная клетка состоит из алюминиевых стержней, концы которых замыкают короткозамыкающие кольца. В двигателях большой мощности могут быть использованы в качестве обмотки медные стержни.

Стержни располагаются поверх сердечников ротора, которые изготавливаются из трансформаторной стали. При производстве роторов сердечники монтируют на валу, а проводники заливают в пазы магнитопровода. При такой конструкции необходимость в изоляции пазов сердечника отпадает.

На рисунке ниже представлен пример схемы ротора с короткозамкнутой обмоткой.

Ты эксперт в этой предметной области? Предлагаем стать автором Справочника Условия работы

Рисунок 2. Схема ротора с короткозамкнутой обмоткой. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Магнитопроводы таких роторов не нуждаются в лаковой изоляции поверхностей, они относительно просты в изготовлении, что способствует снижению себестоимости всего двигателя. Ротор асинхронно вращается внутри статора.

Читайте также:  В чем разница между двигателем приоры и десятки

Между ними устанавливается расстояние — воздушные зазоры, размер которых может составлять от 0,2 до 0,5 миллиметров. Для того, чтобы улучшить пусковые характеристики электродвигателя с короткозамкнутым контуром используются роторы со специальной формой пазов — глубокопазные роторы.

Данное решение позволяет использовать эффект вытеснения тока, способствующий увеличению активного сопротивления обмотки ротора при больших скольжениях.

В зависимости от числа используемых фаз асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором делятся на однофазные, двухфазные и трехфазные.

Двигатели с трехфазными обмотками отличаются высокой стабильностью при функционировании при нормальной нагрузке.

У двухфазных двигателей имеются две перпендикулярно расположенные обмотки статора и на каждую из них поступает переменный ток. В однофазных двигателях используется только одна рабочая обмотка.

Функционирование асинхронного двигателя происходит на основе свойств трехфазного тока, который способен создавать вращающееся магнитное поле в обмотках статора. В асинхронных двигателях короткозамкнутого ротора синхронная частота вращения электромагнитного поля связана пропорциональной зависимостью с собственной частотой переменного тока.

Электромеханическая и механическая характеристика АД

  1. Схема включения и статические характеристики асинхронного двигателя.
  2. Асинхронные двигатели широко применяются в промышленности благодаря простоте их конструкции, надежности и низкой стоимости.

  3. Трехфазный АД имеет обмотку статора, подключаемую к трехфазной сети переменного тока с напряжением U

и частотойf , и обмотку ротора, которая может быть выполнена в двух вариантах. АД с фазным ротором (выполнение обычной трехфазной обмотки из проводников с выводами на три контактных кольца).

АД с короткозамкнутым ротором – выполнение обмотки заливкой алюминия в пазы ротора (рис 5.1). Однофазная схема замещения (рис. 5.1)

Рис Схема включения АД с фазным (а), короткозамкнутым ротором (б), Г-образная однофазная схема замещения АД

  Защита трансформаторов и автотрансформаторов

  • U1
  • – действующее значение напряжения, приложенного к одной фазе обмотки статора, частотойf1 ;
  • Рис Фазное и линейное напряжения
  • Iμ, I1, I’2 – фазные токи соответственно намагничивания, обмотки статора и ротора (приведенный к числу витков обмотки статора);
  • R1 – суммарное активное сопротивление фазы статора;

R’2= R’р + R’2д – суммарное активное сопротивление фазы ротора, приведенное к числу витков обмотки статора. Включает в себя R’р, – собственное сопротивление обмотки ротора (приведенное); R’2д – добавочное активное сопротивление (приведенное).

  1. x1, x’2 – индуктивные сопротивления рассеяния соответственно фазы обмотки статора, обмотки ротора (приведенное к числу витков обмотки статора);
  2. Rμ – активное сопротивление, учитывающее потери в стали магнитной системы при перемагничивании;
  3. xμ – индуктивное сопротивления контура намагничивания.
  4. При включении статора в сеть трехфазного тока его обмотки создают магнитное поле Ф
  5. , которое вращается со скоростьюn1 . Силовые линии этого поля пересекают обмотку ротора и индуктируют в ней ЭДС
  6. E2

.

  • Величина ЭДС пропорциональна разности скоростей поля статора и ротора:
  • E2~( n1- n)Ф
  • (#)
  • По обмотке ротора под действием ЭДС E2

потекут токи, создающие магнитное поле ротора. Магнитное поле ротора взаимодействует с вращающимся полем статора, возникает вращающийся момент. Начав движение, ротор будет «догонять» поле статора. Но у асинхронного двигателя всегдаn< n1 . Иначе при равенстве исчезает ЭДС

  1. E2
  2. Отставание ротора от магнитного поля статора называется скольжением:
  3. = (1)
  4. Отметим, что в схеме замещения зависимость R’2

, токи, и магнитное поле ротора, и начинается торможение.

от скольженияs не соответствует физической сущности электромагнитных процессов. В действительности от скольжения зависит индуктивное сопротивление ротора X’2. Так, X’2=ω2L2=2πf2L2 (*). В то же время известно, что частота

  • f2
  • Е2
  • f2 = f1 s
  • Электромеханическая и механическая характеристика АД.
  • В отличие от ДПТ электромеханическая характеристика АД представляется в виде зависимости тока ротора от скольжения I’2= f( s)
  • , а не от скорости ω. Уравнение электромеханической характеристики следует из схемы замещения:
  • (2)
  • В то же время скольжение однозначно определяет величину скорости:
  • Из (1) (3)
  • Поэтому при построении характеристик I’2(s) отражается и зависимость I’2
  • (ω).
  • Рис Электромеханическая характеристика
  • На графике ток I1 больше тока I’2 в соответствии со схемой замещения на величину тока холостого хода Iμ (первый закон Кирхгофа).
  • Рассмотрим характерные точки электромеханической характеристики:
  • 1) Идеальному холостому ходу соответствует скорость вращения ротора ω= ω0
  • ,
  • скольжение s=0
  • (ротор и поле статора вращаются синхронно), ток ротораI’2=0 , статора
  • I1= Iμ
  • ω=ω0
  • I’2
  • 2) Короткому замыканию (режим пуска) соответствует режим, когда ω=0
  • , скольжениеs=1 , ток ротора
  • I’2= I’2п
  • I1= I1п
  • I1п
  • , получили приняв s=1;
  • 3) токи статора и ротора I1, I­­­’2
  • достигают своего максимального значения при минимуме знаменателя выражения (2), когда =>
  • Этот режим наступает при скоростях выше синхронной ω0

ЭДС в обмотке ротора зависит от скольжения . Выполненное же преобразование (деление на s) позволило составить схему замещения. . Асинхронный двигатель самостоятельно обеспечить этот режим не может. Для создания режима необходимо приводить во вращение с частотой другим двигателем. На схеме замещения этому режиму соответствует разрыв цепи ротора ( ). , статора . Ток называется пусковым током, достигает 5-7 кратного значения от номинального тока.

, т.е. в генераторном режиме.

  1. 4) При высоких скоростях ω=±∞
  2. , s=±∞, значение тока ротора асимптотически приближается к значению
  3. ;
  4. Получим выражение для механической характеристики. Потери мощности в цепи ротора (потери скольжения), представляют собой разность электромагнитной и полезной механической мощности:
  5. Потери мощности в роторе, выраженные через электрические величины:
  6. => , подставив в выражение ток (2) получим
  7. Рис. Механическая характеристика АД
  8. Для определения критического скольжения
  9. и моментаМк исследуем полученную зависимость M(s) на экстремум обнаружим две точки.
  10. (5) (+ в двигательном, — в генераторном)
  11. Разделив (4) на (5) и выполнив преобразования, получим более удобную форму:
  12. , где — формула Клосса
  13. Для машин средней и большой мощности можно пренебречь активным сопротивлением статора, тогда a=0 и
  14. (6)
  15. Кроме того, в области малых скольжений можно пренебречь s/sк, тогда
  16. (7)
  17. Из (6), обозначив как можно получить выражения для нахождения
  18. :
  19. Формула может быть использована для определения
  20. по каталожным данным.

Проанализируем особенности механической характеристики АД. Она носит нелинейный характер и состоит из двух частей. Первая – рабочая часть – в пределах скольжения от 0 до sкд. Эта часть характеристики близка к линейной и имеет отрицательную жесткость. Здесь момент, развиваемый двигателем, примерно пропорционален токам статора и ротора. Можно использовать выражение (7).

  Краткая характеристика типов схем

Вторая часть механической характеристики АД при s>sкд – криволинейная, с положительным значением жесткости. Несмотря на то, что ток двигателя по мере роста скольжения увеличивается (рис 5.3), момент, напротив уменьшается.

Из-за нелинейности механической характеристики существует несоответствие между пусковым током (5-7 кратный) и пусковым моментом (0,4-0,5 номинального). Тяжелый пуск.

Рассмотрим процесс пуска.

Пуск начинается с s=1, в начале пуска скольжение велико. Индуктивное сопротивление обмотки ротора X’2=ω2L2=2πf2L2=2 πsf1L2 велико и существенно превосходит R’2. X2′>>R2′.

ЭДС при этом велика, поскольку ~Ф(n1-n)

Поэтому ток I’2 тоже велик, но его активная составляющая мала (потому что cosφ низкий). Поэтому и момент, развиваемый двигателем мал.

2) При разгоне двигателя скольжение уменьшается, ЭДС ротора снижается, частота тока f2 и X2′ ротора пропорционально уменьшаются.

Соответственно уменьшается полный ток ротора. Активное сопротивление становится соизмеримым с индуктивным, а затем и становится больше. Вследствие повышения cosφ, активная составляющая тока растет, возрастает и момент двигателя.

Т.е. своеобразие механической характеристики АД определяется зависимостью индуктивного сопротивления ротора от скольжения.

( 1 оценка, среднее 5 из 5 )

Механическая характеристика АД

Наибольшее значение для оценки свойств АД имеет механическая характеристика, представляющая собой графическую зависимость частоты вращения ротора п2 от вращающего момента М, т.е.

п2 =f(M).

При выборе двигателя к производственному механизму из множества двигателей с различными характеристиками выбирают тот, механическая характеристика которого удовлетворяет требованиям приводного механизма (см. тему 10).

Механическую характеристику п2 = f(M) получают посредством преобразования зависимости М=f(S), график которой представлен на рис. 7.10.

Задаваясь значениями скольжения S и пользуясь формулой

при известных параметрах двигателя можно определить момент М и построить искомую механическую характеристику (рис. 7.11). Механическая характеристика имеет максимум при частоте п2 ~ (0,8— 0,9)«,, при частоте вращения п2 = пх момент равен нулю, а при п2 = 0 пусковой момент составит Мп = (0,3—0,7)Мтах.

Рис. 7.11

Эксплуатационные свойства асинхронного двигателя можно оценить по рабочим характеристикам, которые изображаются кривыми, выражающими графические зависимости от полезной мощности Р2

величин: тока в обмотке статора, КПД г|, скольжения S, коэффициента мощности cosср,, полезного момента М на валу АД при Ux = const и/( = const (рис. 7.12). Их определяют экспериментально или путем расчета, используя схему замещения АД.

Рис. 7.12

  • При холостом ходе мощность Р2- 0; при этом токи обмоток статора /0, создающие вращающее магнитное поле, довольно велики и составляют 30—50% номинальных токов /1н.
  • Вследствие потерь в магнитопроводе и вентиляционных потерь у двигателя при холостом ходе cos(p0 = 0,1—0,2, а частота вращения ротора п2х = (0,995—0,998)/7|.
  • По мере роста нагрузки на валу ток статора увеличивается, как и активные мощности Р2и Р{. В свою очередь увеличивается коэф-
  • р
  • фициент мощности coscp = , 1 При этом скольжение S уве-
  • 7л2 + а2

личивается, а частота вращения вала п2 уменьшается, поскольку это единственная причина увеличения тока и вращающего электромагнитного момента.

При нагрузках, близких к номинальной, рост КПД замедляется, более того, он может несколько падать вследствие увеличения потерь в обмотках АД.

При номинальной нагрузке КПД асинхронных двигателей средних мощностей г|н = 0,85—0,96, a cos(pH = 0,7—0,9.

Упражнение 7.1. Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором имеет номинальные данные: мощность на валу Р2н =

  1. = 10 кВт, линейное напряжение ?/]н = 380 В при/= 50 Гц, схема соединения обмоток статора — Y, число пар полюсов р = 2, частота вращения ротора п2и = 1450 об/мин, КПД Г|н = 87,5%, коэффициент мощности
  2. cos(pH = 0,88, кратность пускового тока а = — = 5, кратность пускового
  3. ' н
  4. м м
  5. момента (3 = —- = 1,2, кратность максимального момента X = —ma2L = 2. Ми М„

Определить мощность и ток, потребляемые двигателем из сети при номинальной нагрузке, пусковой ток. Как изменится пусковой момент двигателя при снижении напряжения на его зажимах на 10% и возможен ли пуск двигателя с номинальной нагрузкой при изменившихся условиях? Построить естественную механическую характеристику п2 = f(M) при изменении скольжения в пределах 0 < S

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector