Механической характеристикой двигателя называется зависимость частоты вращения ротора от момента на валу n = f (M2). Так как при нагрузке момент холостого хода мал, то M2 ≈ M и механическая характеристика представляется зависимостью n = f (M). Если учесть взаимосвязь s = (n1 — n) / n1, то механическую характеристику можно получить, представив ее графическую зависимость в координатах n и М (рис. 1).
Рис. 1. Механическая характеристика асинхронного двигателя
Естественная механическая характеристика асинхронного двигателя соответствует основной (паспортной) схеме его включения и номинальным параметрам питающего напряжения. Искусственные характеристики получаются, если включены какие-либо дополнительные элементы: резисторы, реакторы, конденсаторы. При питании двигателя не номинальным напряжением характеристики также отличаются от естественной механической характеристики.
Механические характеристики являются очень удобным и полезным инструментом при анализе статических и динамических режимов электропривода.
Пример расчета механической характеристики асинхронного двигателя
Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором питается от сети с напряжением = 380 В при = 50 Гц. Параметры двигателя: Pн= 14 кВт, nн= 960 об/мин, cosφн= 0,85, ηн= 0,88, кратность максимального момента kм= 1,8.
Определить: номинальный ток в фазе обмотки статора, число пар полюсов, номинальное скольжение, номинальный момент на валу, критический момент, критическое скольжение и построить механическую характеристику двигателя.
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, ближайшая к номинальной частоте nн= 960 об/мин.
Номинальное скольжение
sн = (n1 — nн) / n1 = (1000 — 960 ) / 1000 = 0,04
Номинальный момент на валу двигателя
Критический момент
Мк = kм х Мн = 1,8 х 139,3 = 250,7 Н•м.
Критическое скольжение находим подставив М = Мн, s = sн и Мк / Мн = kм.
Для построения механической характеристики двигателя с помощью n = (n1 — s) определим характерные 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 критического режима sк = 0,132, nк = 868 об/мин, Мк =250,7 Н•м.
Для точки пускового режима sп = 1, n = 0 находим
По полученным данным строят механическую характеристику двигателя. Для более точного построения механической характеристики следует увеличить число расчетных точек и для заданных скольжений определить моменты и частоту вращения.
Особенности асинхронного двигателя с фазным ротором
Современный асинхронный двигатель с фазным ротором – это многофункциональная силовая электроустановка, регулировка работы которой осуществляется с помощью включенных в роторную цепь резисторов.
В отличии от распространённых сейчас короткозамкнутых двигателей, моторы такого типа характеризуются повышенным пусковым моментом и более низкими стартовыми токами.
Также они отличаются стойкостью к механическим перегрузкам без значительного уменьшения КПД.
Особенности запуска, параметры и функциональные возможности электромотора зависят от его типа, свойств и нюансов конструкции.
Асинхронный двигатель с фазным ротором – это распространенная многозадачная силовая электроустановка, поддерживающая возможность регулировки посредством включения в роторную цепь дополнительных сопротивлений.
От классического короткозамкнутого мотора она отличается повышенным пусковым моментом и более низкими стартовыми токами. Для лучшего понимания работы такого агрегата сначала нужно разобраться в особенностях его запуска.
Особенности пуска электромотора с фазным ротором
Во время включения установки фазный ротор асинхронного двигателя начинает медленно и равномерно вращаться. При этом сила сопротивления на ее валу уравновешивается. Чтобы преодолеть тормозной момент и компенсировать внутренние потери, мотор начинает активно потреблять энергоресурсы.
Характеристики стартового пускового момента часто сильно отличаются от рекомендуемого значения, поэтому асинхронный электродвигатель с фазным ротором не может сразу переключится на режим полноценного функционирования.
Данная особенность влечет за собой потерю ускорения и даже может вызвать критический перегрев внутренних частей конструкции.
Для решения этой проблемы частоту пусков электромотора ограничивают несколькими включениями.
Если асинхронный двигатель с фазным ротором подключается от электросети малой мощности, то возможны потери общего напряжения и негативное воздействие на подсоединенные к той же линии электрические приборы.
Включение в цепь фазного ротора асинхронного силового агрегата пусковых резисторов позволяет снизить токовые показатели, но одновременно повышает пусковой момент на старте вплоть до достижения им максимально допустимого порога.
Возможны следующие варианты запуска:
- легкий;
- нормальный;
- тяжелый.
Здесь важно правильно подобрать резисторы с оптимальными параметрами. Если запуск асинхронного мотора прошел успешно, то далее необходимо обеспечить поддержку стабильного крутящего момента на всем этапе его разгона с целью снижения нагрева и уменьшения длительности переходного периода из спокойного до рабочего состояния.
Это делается за счет уменьшения сопротивления резисторов, переключение между которыми происходит через подсоединенные последовательно контакторы. В таком случае отключать агрегат от электросети можно, только если роторную цепь замкнуть накоротко.
В противном случае велика вероятность возникновения значительного перенапряжения в фазных обмотках статора.
Пусковой процесс поэтапно
Для лучшего понимания процесса, пуск асинхронного двигателя с фазным ротором можно разделить на несколько ключевых этапов:
- работа асинхронного мотора начинается с постепенного и равномерного раскручивания вала, при котором происходит уравновешивание момента сил сопротивления;
- во время преодоления приложенного к ротору тормозного момента, компенсации потерь и передачи подвижным элементам конструкции кинетической энергии потребление ресурсов источника питания сильно возрастает;
- на данном этапе начальная величина пускового момента и характеристики скольжения напрямую связаны с активным сопротивлением, создаваемым резисторами методом последовательного включения их в роторную цепь;
- сопротивление пусковых резисторов снижает токовые показатели электроустановки, но пропорционально увеличивает до максимального значения пусковой момент;
- для уменьшения пускового момента на старте в обязательном порядке применяется методика увеличения резистивного сопротивления, что также способствует ограничению области скольжения и снижению риска достижения ею недопустимых величин, плохо влияющих на разгон электромотора;
- далее для поддержки полученного при разгоне ротора крутящего момента, сокращения времени старта и защиты агрегата от перегрева необходимо постепенно понижать сопротивление пусковых резисторов;
- разные по своим характеристикам резисторы переключаются с помощью контакторов ускорения, последовательно включенных в схему;
- чтобы обмотка фазного ротора не получила избыточное напряжение, отключать электроустановку от питающей сети можно только при замыкании накоротко роторной электроцепи.
Если при выключении рассматриваемого силового агрегата роторную цепь не замкнуть, то может возникнуть трехкратное, а то и четырехкратное напряжение по сравнению с номиналом.
Важные технические характеристики
Современные асинхронные двигатели с фазным ротором должны отвечать определенным параметрам, гарантирующим их качественную и безотказную работу в тех или иных условиях. Правильно подобранная механическая характеристика асинхронного двигателя с оптимальными электрическими показателями – залог успешной и эффективной работы всей электроустановки.
Среди основных технических характеристик электромотора можно выделить:
- соответствующая техническому регламенту мощность;
- габаритные размеры и конструкция;
- степень защиты от воздействия окружающей среды во время эксплуатации в определенных условиях (например, одни модели специально предназначены для работы в помещениях, а другие могут работать на открытом воздухе или одни агрегаты выдерживают сильный холод, а другие – экстремальную жару);
- толщина и качество изоляционного покрытия (устройство асинхронного двигателя с фазным подключением ротора должно предусматривать устойчивость к повышенным внутренним температурам и сильное нагревание обмоток, для чего здесь используется специальный слой защитной изоляции);
- рабочие режимы в соответствии с установленными нормами;
- система охлаждения, обеспечивающая нормальное функционирование силового агрегата в заданном рабочем режиме;
- уровень создаваемого шума при работе на холостом ходу (желательно не выше второго класса).
Это наиболее важные параметры, на которые необходимо обращать внимание при выборе и эксплуатации электрического двигателя. Но существует и другие характеристики, к примеру, определяющие специфические режимы работы и техническое обслуживание асинхронного электромотора. Как правило, все они подробно описываются в руководстве и технической документации к силовому агрегату или электроприводу.
Конструкционные особенности
Знание особенностей конструкции любого оборудования значительно облегчает покупку и последующую работу с ним, в том числе эксплуатацию и ремонт асинхронного двигателя с фазным ротором.
Прежде всего, следует запомнить, что все электромоторы устроены по схожему принципу – они обязательно имеют неподвижный статор и подвижный ротор, осуществляющий вращательные движения внутри силового агрегата.
Статор асинхронного двигателя с фазным ротором имеет подключаемые к электросети переменного тока обмотки, напряжение на которых взаимодействует с обмотками ротора. Данная связь объясняется принципами действия магнитного потока.
Обычная конструкция статора асинхронного двигателя представляет собой корпус электромотора с запрессованным внутрь сердечником. Обмотка сердечника разделена не несколько заключенных в катушки секторов.
От этих обмоток отводятся кабеля с защитной изоляцией, предотвращающей их взаимное замыкание. Ротор устроен из вала и набранного пластинчатого сердечника. Обычно здесь применяются пластины с симметричными пазами стандартного размера, выполненные из высокотехнологичной стали.
Во время работы роторного вала происходит передача крутящего момента приводу электроустановки.
Чертеж асинхронного двигателя с его основными составными частями выглядит так:
Наиболее распространенными считаются роторы двух типов:
- Короткозамкнутый.
- Фазный.
Первый вариант в составе своей конструкции имеет стержни из алюминия, проходящие сквозь сердечник и замкнутые торцевыми кольцами. Это так называемое «беличье колесо». Для повышения прочности пазов их также часто обрабатывают алюминиевым составом.
Устройство фазного ротора несколько отличается от короткозамкнутого. Здесь количество установленных под определенным углом катушек напрямую зависит от числа парных полюсов, во многих случаях сопоставимых с парными полюсами, какие есть на статоре.
Принцип работы электромотора с фазным ротором
Теперь подробнее рассмотрим принцип действия асинхронного двигателя с ротором фазным и его подключение. Здесь можно выделить очередность из пяти важных этапов:
- первый этап – на имеющий тройную обмотку статор поступает напряжение от трехфазной электросети переменного тока с нужными параметрами;
- второй этап – формируется магнитное поле, приводящее в движение ротор;
- третий этап – ротор постепенно разгоняется, а его скорость оборотов значительно возрастает;
- четвертый этап – когда линии полей статора и ротора достигают определенного значения и пересекаются, возникает электродвижущая сила, воздействующая на обмотку ротора и создающая на ней электрический ток;
- пятый этап – статорные и роторные магнитные поля начинают активно взаимодействовать между собой, поддерживая вращательный момент вала.
Далее управление асинхронным двигателем с ротором фазного типа осуществляется в штатном режиме. Принцип работы асинхронного двигателя с фазным ротором отличается от короткозамкнутого варианта еще и наличием полноценной трехфазной обмотки с аналогичной укладкой на статорной и роторной части.
Типовая схема управления асинхронным двигателем с фазным ротором выглядит так:
Схема управления асинхронным двигателем с фазным ротором показывает, что роторные обмоточные выводы соединены с контактными кольцами, установленными на вал электромотора.
Эти кольца имеют защитную изоляцию, как между собой, так и в точках соприкосновения с валом. Для каждой из фаз, каких обычно насчитывается три, на роторе предусмотрена своя отдельная обмотка.
Схема пуска этих обмоток чаще всего имеет вид «Звезды».
К роторной обмотке монтируется реостат управления, сопряженный со щетками и контактными кольцами.
Несмотря на кажущуюся сложность такой конструкции и более тщательный расчет асинхронного мотора, возможностей регулировки рабочего момента на валу здесь на порядок больше, чем у двигателей с ротором короткозамкнутого типа, контроль и применение которых обычно связано с необходимостью использования частотного преобразователя или специального регулятора оборотов.
Статорная обмотка создается с учетом количества катушек и полюсов, которых на статоре и роторе должно быть одинаковое количество. Сдвиг катушек статора между собой происходит на определенное число градусов.
Регулировка действия асинхронного двигателя с фазным ротором выполняется путем изменения тока в роторных обмотках. Это позволяет контролировать размер скольжения и рабочий момент электромотора.
Чтобы снизить износ колец и щеток во время полного выведения реостата их обычно замыкают посредством специального устройства для поднимания щеток
Достоинства и недостатки электромоторов с фазным ротором
Сейчас асинхронные силовые агрегаты широко применяются как в быту, так и на производстве. Такая популярность обусловлена большим количеством преимуществ, расширяющих их функционал и назначение.
Среди основных достоинств асинхронных моторов с ротором фазного типа можно выделить:
- высокие показатели стартового крутящего момента;
- стойкость к механическим перегрузкам без значительного уменьшения коэффициента полезного действия, а также без снижения эффективности и стабильности функционирования электроустановки (скорость работы даже сильно нагруженного агрегата остается в пределах допустимой нормы);
- низкая величина пускового тока;
- возможность работы в полностью автоматическом режиме;
- простая и интуитивно понятная схема пуска;
- доступная стоимость;
- отсутствие дополнительного рабочего и дорогостоящего монтажного оборудования.
Несмотря на все многочисленные плюсы, нельзя не отметить и недостатки асинхронного двигателя с такой конструкцией.
Главный из них – это достаточно большие габаритные размеры агрегата, что усложняет процесс монтажа, дальнейшую эксплуатацию и ремонт асинхронного двигателя с фазным ротором.
Кроме того, такие электромоторы часто уступают по продуктивности и КПД аналогичным по мощности силовым агрегатам с короткозамкнутым ротором.
Расчет и выбор резисторов для асинхронного двигателя с фазным ротором
- 18 августа 2015 г. в 15:16
- 13386
В автоматизированном электроприводе для решения определенных задач часто применяются асинхронные двигатели с фазным ротором. Несмотря на более сложную конструкцию и повышенную стоимость по сравнению с АД с короткозамкнутым ротором, этот двигатель позволяет достаточно просто реализовать регулирование частоты вращения, ограничение и регулирование тока и момента. Изменение этих координат электропривода осуществляется путем введения дополнительных резисторов (чаще всего активных) в цепи обмотки фазного ротора.
Длительное регулирование частоты вращения таким способом энергетически нецелесообразно, т.к. при малых скольжениях большая часть потребляемой двигателем электроэнергии расходуется на нагрев реостатов в цепи ротора.
Как правило, АД с фазным ротором применяется так, чтобы включение резисторов было по возможности кратковременным, например, где по условиям работы электропривода требуется получить необходимые пускорегулировочные характеристики.
При этом такой АД почти всегда работает с комплектом добавочных резисторов для изменения сопротивления цепи фазного ротора.
От правильного выбора резисторов зависит работа двигателя на искусственных характеристиках (их величина определяет форму механических и электромеханических характеристик) и его тепловая загрузка (эти сопротивления ограничивают токи в обмотках АД в переходных режимах).
Таким образом, расчет и выбор резисторов напрямую связан с подбором необходимого АД с фазным ротором для соответствующих систем автоматизированного электропривода.
При этом выбор АД по мощности проводится по методике, изложенной в задаче 1, а, в случае необходимости, допустимое число включений определяется при использовании алгоритма, представленного в задаче 2 настоящих методических указаний.
За номинальные параметры резисторов принимаются: сопротивление, напряжение, ток и продолжительность включения. Соответственно, для включения резисторов в цепь обмотки фазного ротора необходимо учитывать напряжение EРНи ток в обмотке ротора I2Н. Основные характеристики АД с фазным ротором представлены в Приложении 2, Табл. 3, 4 соответственно при ПВН = 40% и ПВН = 25%.
Переключение ступеней резисторов при регулировании координат осуществляется с помощью серийных контроллеров, тип которых выбирается в зависимости от параметров электропривода. Для электроприводов переменного тока применяются силовые кулачковые контроллеры типа ККТ60А и его модификации, предназначенные для применения в конкретных системах электропривода:
- ККТ61А, при коммутации в цепях обмоток статора и ротора, схема включения контактов симметричная, регулирование частоты вращения неустойчивое до 1:3;
- ККТ68А, при коммутации в цепи обмотки ротора, схема включения контактов симметричная, регулирование частоты вращения неустойчивое до 1:2;
- ККТ62А, при коммутации в цепях обмоток ротора двух АД, схема включения контактов симметричная, регулирование частоты вращения неустойчивое до 1:3.
Кулачковые контроллеры используются при напряжениях до 500 В и мощности АД до 30 кВт. Они имеют до 12 силовых контактов на номинальные токи до 63 А и маломощные контакты для коммутации цепей управления. Управление переключением осуществляется вручную, число позиций рукоятки (маховика) — до 6 положений в одну сторону от нулевого (среднего) положения.
Наиболее широкое применение в современном электроприводе (крановый, экскаваторный и т.д.
) получили магнитные контроллеры, которые представляют собой сложные комплектные коммутационные устройства, обеспечивающие ряд программ переключений в главных цепях с помощью контакторов с электромагнитным приводом путем подачи оператором соответствующих команд по цепям управления.
Магнитные контроллеры предназначены для пуска, регулирования частоты вращения, торможения, реверса и отключения электродвигателя. Они имеют преимущества по сравнению с кулачковыми контроллерами:
- для управления магнитным контроллером независимо от мощности привода используются командконтроллеры или кнопочные станции, требующие минимальные затраты энергии оператора;
- износостойкость в 5-8 раз выше, чем у кулачковых контроллеров за счет коммутации осуществляемой контакторами;
- большой запас по коммутации, способны пропускать без повреждений ток до 15 IН на время срабатывания защиты;
- в связи с заранее запрограммированной системой пуска и торможения возможность недопустимой перегрузки сведена к минимуму;
- применение магнитного контролера по сравнению с кулачковым позволяет повысить степень автоматизации электропривода и тем самым производительность рабочей машины или механизма.
Магнитные контроллеры типа ТА, ТСА, ТСД, ДТА относятся к контроллерам переменного тока общего назначения. Они отличаются своими функциональными возможностями. Например, ТСД обеспечивает регулирование скорости 1:8, а остальные типы контроллеров не имеют гарантированного регулирования скорости электропривода (фактически могут обеспечить регулирование 1:3).
Для механизмов с высокой степенью использования применяются магнитные контроллеры серий К, КС, ДКС, в которых применяются контакторы с электромагнитным приводом постоянного тока. Они могут обеспечить фактическое регулирование скорости 1:3.
Область применения того или иного типа магнитного контроллера определяют характеристики электропривода и АД, в фазах обмотки ротора которого производятся соответствующие переключения ступеней сопротивлений. В Приложении 2 Табл.
5 представлены характеристики магнитных контроллеров с предельным током в обмотке ротора до 160 А. Для каждой ступени переключения в числители указывается относительное значение сопротивлений, %, а в знаменателе — токовая нагрузка, %.
Кроме того, определяется допустимый ток ротора, который задает диапазон применения контроллера и рабочие ступени резистора.
При проектировании контроллеров сопротивления ступеней резисторов рассчитываются по известным методам теории электропривода [1,2,3].
В электроприводе применяются элементы резисторов четырех конструктивных исполнений:
- с рассеиваемой мощностью 25-150 Вт и сопротивлением от 1 до 30 000 Ом типа ПЭВ, представляющие собой фарфоровые цилиндры, на которые навита нихромовая проволока и которые покрыты нагревостойкой стекловидной эмалью;
- с рассеиваемой мощностью 250-400 Вт и сопротивлением от 0,7 до 96 Ом, выполненные в виде плоских элементов с константановой, фехралевой или нихромовой проволоки диаметром от 0,5 до 1,6 мм, намотанной на фарфоровые изоляторы, закрепленные на металлическом держателе;
- с рассеиваемой мощностью 850 — 1000 Вт и сопротивлением от 0,078 до 0,154 Ом из фехралевой ленты размерами от 0,8×6 до 1,6×1,5 мм, намотанной на ребро. Лента в виде спирали надета на фарфоровые изоляторы, опирающиеся на металлический держатель коробчатого сечения;
- с рассеиваемой мощностью 115-230 Вт при соответствующем токе 55 и 215 А и сопротивлением от 0,005 до 0,28 Ом из чугунных элементов типа НС400 и НС401.
Сопротивления для АД с фазным ротором выполняются в виде отдельных элементов или, чаще всего, блоков резисторов. При мощности электропривода до 300 кВт блоки составляются из элементов первых трех конструкций. Во всех остальных случаях (мощность ЭП до нескольких тысяч кВт) применяются ящики резисторов типа ЯС100, ЯС101 с чугунными элементами.
Для рассматриваемого типа электропривода применяются стандартные блоки резисторов типа БФ 6 и BK 12, а так же отдельные элементы, специально рассчитанные для использования совместно с конкретными двигателями постоянного или переменного тока. Блоки БФ 6 выполняются в виде 6 элементов из фехралевой ленты, а БК 12 — из 12 проволочных фехралевых или константановых элементов. Данные по нормализованным блокам резисторов представлены в Приложении 2, Табл. 6, 7.
Технические данные отдельных элементов представляют как ток продолжительного режима работы, так и ток повторно-кратковременного режима с ПВН =12,5;25;35%. Для блоков резисторов определен только ток продолжительного режима работы, при ПВН=100%. Чаще всего в типовом электроприводе для АД используются именно резисторные блоки.
В реальном процессе резисторы на каждой ступени работают со своей продолжительностью включения. Поэтому для того, чтобы они нагревались до допустимой температуры, их следует использовать при большем токе нагрузки.
При расчетном токе IР резистор, работающий в повторно-кратковременном режиме, следует выбирать на эквивалентный по перегреву длительный ток:
IЭ = KIР.
где К < 1, и значение К определяется в общем случае по универсальным справочным кривым в зависимости от режима работы. Этот коэффициент зависит от времени работы резистора за цикл и продолжительности его включения. Чем они меньше, тем ниже значение коэффициента, и, следовательно, тем на меньше значение тока нужно выбирать резистор.
- В общем случае расчетный ток резистора определяется:
- IР = I2Н , А,
- где PР — расчетная мощность привода, зависящая от системы электропривода, его режима работы и параметров нагрузки, кВт; I2Н — номинальный ток ротора, А; PН — номинальная мощность электродвигателя, кВт.
- Чаще всего, при известной системе электропривода тип панели управления уже определен и по относительным значениям сопротивлений для каждой ступени (RРn—Рm) вычисляется их омическая величина (в одной фазе):
- RРn-Pm =RН , Ом
- где Rcmyn,%— определено для каждой ступени панели управления; RН — номинальное сопротивление обмотки ротора, Ом.
- RН = ,
- где EРН — номинальное напряжение ротора, В.
- Для выбора резисторов необходимо определить значения расчетных токов по ступеням. Для этого первоначально определяем среднюю мощность потерь в резисторах (в трех фазах), кВт:
- для торможения противовключением
- РР,Т = ,
- для динамического торможения
- РР,Т = ,
- в которых мощность статической нагрузки РСТ, кВт
- РСТ = МСТпH / 9550,
- ηЭКВ = ,
- где ηЭКВ,Б — эквивалентный базовый КПД, определяется системой электропривода, для асинхронного электропривода с АД с фазным ротором при торможении противовключением он равен 0,76, при динамическом торможении — 0,81;
- kТ — коэффициент нагрузки, зависит от режима работы и выбранной системы электропривода для асинхронного электропривода с АД с фазным ротором при соотношении J/(1,2JД)>5 и торможении противовключением он равен 0,65, при динамическом торможении — 0,85, соответственно при J/(1,2JД)
Примеры расчетов к разделу 5
Пример 19
Для асинхронного двигателя с фазным ротором рассчитать и построить естественную и искусственные механические характеристики: а) при введении в цепь ротора ; б) при уменьшенном значении питающего напряжения Данные двигателя:
Решение
Расчет механических характеристик асинхронного двигателя будем вести по уточненной формуле Клосса:
где – критический момент; – критическое скольжение;
Коэффициент приведения сопротивлений:
Приведенные значения сопротивлений ротора:
Индуктивное сопротивление короткого замыкания:
Критический момент двигателя при номинальном значении питающего напряжения:
Критическое скольжение на естественной характеристике:
Уравнение естественной механической характеристики:
Рис. 10.27. Механические характеристики асинхронного двигателя:
1 – естественная: 2, 3 – искусственные
Критическое скольжение на реостатной характеристике: Уравнение реостатной характеристики:
Соответствующая этому уравнению реостатная механическая характеристика и имеет вид (рис. 10.27, кривая 2).
Для построения механической характеристики при В определим критический момент:
Соответствующая механическая характеристика имеет вид (рис. 10.27, кривая 3).
Пример 20
Решение
Принимаем . Отношение максимального момента при пуске ( ) к моменту переключения находим по формуле (2):
Осуществляем проверку на максимальный (пиковый) момент, который должен быть меньше критического:
Сопротивление ступеней пускового реостата при включении их в одинарную звезду:
Пример 21
Решение
При расчете пусковых сопротивлений приближенным графическим методом исходят из прямолинейности механической характеристики, и расчет ведется, как для двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением. На рис. 10.28 построены пусковые характеристики двигателя для указанных условий пуска.
Максимальный момент при пуске:
Переключающий момент:
По графику рис. 9.28 определяем сопротивления ступеней пускового реостата:
Рис. 10.28. Пусковые характеристики асинхронного двигателя, построенные приближенным способом
Сравнивая результаты расчетов сопротивлений в примерах 20 и 21, видим, что расхождение составляет не более 5 %. Поэтому при практических расчетах можно пользоваться любым из рассмотренных методов.
Пример 22
Для асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором рассчитать и построить естественную и искусственные механические характеристики для двух значений частот тока статора/ = 35 Гц и/, = 20 Гц, при регулировании напряжения на статоре по пропорциональному закону:
Решение
где т – число фаз статора; (/,„ – фазное номинальное напряжение статора при частоте 50 Гц; – относительная частота; – коэффициент, зависящий от частоты .
Коэффициент при частоте 50 Гц равен 1,03 и возрастает с понижением частоты. При частоте 20 Гц . Без большой погрешности можно пренебречь изменением этого коэффициента.
Таблица 10.8
| 5 | М, Нм | (О, С-1 | М, Н м | СО, с_| | М, Н м | (О, С»1 |
| 0.000 | 0 | 78,5 | 0 | 54,9 | 0 | 31,4 |
| 0.010 | 121 | 75,3 | 85 | 52,7 | 49 | 30,1 |
| 0,030 | 334 | 73,8 | 239 | 51,7 | 139 | 29,5 |
| 0.100 | 703 | 68,5 | 580 | 48,0 | 374 | 27,4 |
| 0.136 | 732 | 65,7 | 626 | 47,0 | 418 | 27,0 |
| 0,150 | 729 | 64,7 | 668 | 45,3 | 475 | 26,7 |
| 0.170 | 717 | 63,2 | 681 | 44,2 | 508 | 26 |
| 0.200 | 688 | 61,0 | 685 | 42,6 | 534 | 24,3 |
| 0.300 | 570 | 53,0 | 633 | 37,3 | 576 | 21,3 |
| 0.500 | 398 | 38,0 | 489 | 26,6 | 535 | 15,2 |
| 1,000 | 218 | 0 | 287 | 0 | 375 | 0 |
Скорость двигателя при различных частотах рассчитываем по формуле:
В табл. 10.8 приведены результаты расчетов естественной механической характеристики при Гц и искусственных механических характеристик при Гц и Гц.
На рис. 10.29 построены естественная (кривая 1) и искусственные (кривые 2 при Гц и 3 при Гц) механические характеристики асинхронного двигателя.
Пример 23
Рассчитать и построить угловую характеристику синхронного явнополюсного двигателя.
Решение
Уравнение угловой характеристики синхронного явнополюсного двигателя имеет вид:
Номинальная угловая частота вращения:
Номинальная ЭДС двигателя:
В табл. 10.9 приведены результаты расчетов угловой характеристики синхронного двигателя, где использованы следующие обозначения:
Рис. 10.29. Механические характеристики асинхронного двигателя:
- 1 – естественная: 2 – искусственная при/= 35 Гц; 3 – искусственная при/= 20 Гц
- • синхронная составляющая момента
• реактивная составляющая момента
Результаты расчета угловой характеристики синхронного двигателя сведены в табл. 10.9.
Таблица 10.9
| 0 | 0 | 0 | 0 |
| 15 | 2,88 | 2,03 | 4,92 |
| 30 | 5,57 | 3,52 | 9,1 |
| 45 | 7,88 | 4,07 | 11,95 |
| 60 | 9,65 | 3,52 | 13,2 |
| 75 | 10,7 | 2,04 | 12,74 |
| 90 | 11,1 | 0 | 11.1 |
| 105 | 10,7 | -2,03 | 8,7 |
| 120 | 9,65 | -3,52 | 6,13 |
| 135 | 7,88 | -4,07 | 3,8 |
| 150 | 5,57 | -3,52 | 2 |
| 165 | 2,89 | -2,04 | 0,85 |
| 180 | 0 | 0 | 0 |
Рис. 10.30. Угловая характеристика синхронного двигателя:
1 – явнополюсного, 2 – неявнополюсного, 3 – реактивная составляющая момента
Загрузка...
