Естественная механическая характеристика асинхронного двигателя имеет два участка – нерабочий (разгонный) АВ и рабочий ВСD (рис. 8.8).
Рис. 10.5 Естественная механическая характеристика асинхронного двигателя
При пуске двигатель развивает пусковой момент 
(отрезок ОА), после чего разгоняется по траектории АВС до точки С. При этом на участке АВ одновременно увеличиваются как скорость, так и момент, в точке В двигатель развивает максимальный момент
. На участке ВС скорость продолжает увеличиваться, а момент уменьшается, до номинального (точка С). На участкеBC двигатель перегружен, т.к. в любой точке этого участка электромагнитный момент двигателя больше номинального (
> >
).В нормальних условиях двигатель работает на участке СD, жесткость которого
β = Δ
/ Δω < 10%.
Это означает, что при изменении момента в широких пределах скорость двигателя изменяется незначительно.
Асинхронные двигатели нашли самое широкое применение на судах с электростанцией на переменном токе.
Промышленность выпускает специально для судов асинхронные двигатели разных серий, например, 4А…ОМ2 (четвертая серия асинхронных двигателей), МАП (морской асинхронный полюсопереключаемый), МТF (c фазным ротором) и др.
При этом двигатели серии 4А – односкоростные, серии МАП – двух- и трехскоростные, серии МТF – число скоростей определяется схемой управления ( до 5 скоростей ).
Естественное и искусственное изменение скорости электродвигателей
Саморегулирование электродвигателей постоянного тока
Саморегулирование асинхронных двигателей
Активной и реактивная составляющие тока в асинхронном двигателе
Различают два вида изменения скорости электродвигателя:
естественное;
искусственное.
Под естественным понимают изменение скорости электродвигателя, возникшее в результате изменения статического момента механизма.
При естественном изменении скорости электродвигатель работает на своей естественной механической характеристике.
Под искусственным понимают изменение скорости электродвигателя, возникшее в результате изменения параметров питающей сети или самого электродвигателя при помощи схемы управления электродвигателя.
Подизменением параметров сети понимают:
на постоянном токе – напряжение питающей сети;
на переменном токе - напряжение и частота питающей сети.
Под изменением параметров электродвигателя понимают:
на постоянном токе – изменение сопротивления цепи обмотки якоря или параллельной (независимой) обмотки возбуждения;
на переменном токе - изменение сопротивления цепи обмотки статора или обмотки фазного ротора.
Если многоскоростной асинхронный двигатель имеет на статоре несколько обмоток (обычно 2….3) с разным числом пар электромагнитных полюсов, то механические характеристики, соответствующие работе двигателя на каждой скорости, являются естественными.
При искусственном изменении скорости электродвигатель работает на искусственной механической характеристике.
Следует сделать важное замечание: при работе двигателя на искусственной характеристике одновременно может происходить и естественное изменение скорости электродвигателя вследствие изменения статического момента механизма.
Например, при выбирании якоря при помощи ЯШУ скорость электродвигателя, работающего на искусственной характеристике вначале может быть большой, а затем, по мере увеличения натяжения якорь-цепи, будет постепенно уменьшаться, вплоть до полной остановки электродвигателя с его переходом в режим стоянки под током.
При естественном изменении скорости возникает процесс саморегулирования элекродвигателей постоянного и переменного тока.
Любое изменение статического момента механизма (т.е. механической нагрузки на валу рабочего органа электропривода) автоматически приводит к такому же изменению электромагнитного момента двигателя в результате возникающего при этом процесса саморегулирования электродвигателя.
Под саморегулированием понимают автоматическое изменение электромагнитного момента двигателя вследствие изменения статического момента (момента сопротивления) механизма.
studfiles.net
Количество просмотров публикации МЕХАНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ - 352
Механической характеристикой принято называть зависимость частоты вращения ротора двигателя или скольжения от момента͵ развиваемого двигателем при установившемся режиме работы. n= f(М) или s = f(M).
Механическая характеристика является одной из важнейших характеристик двигателя. При выборе двигателя к производственному механизму из множества двигателей с различными механическими характеристиками выбирают тот, механическая характеристика которого удовлетворяет требованиям механизма.
Уравнение механической характеристики асинхронного двигателя должна быть получено на основании формулы (10.41) и схемы замещения.
| I'2 = | U1ф | , | |
| √ | (r1 + | r'2 | ) + (x1 + x'2)2 |
| s |
(10.49)
где
| r'2 | = r'2 + | r'2(1 - s) | . |
| s | s |
Полученное значение тока I'2 nподставляют в уравнение момента (10.41), в котором предварительно I2 и r2 заменяют через их приведенные значения:
| M = | 3I22r2 | = | 3I'22r'2 | . |
| ω0s | ω0s |
(10.50)
После подстановки получим
| M = | 3U1ф2r'2 | = |
| ω0s [(r1 + | r' | )2+ (x1 + x'2)2] |
| s |
(10.51)
Выражение (10.51) представляет собой уравнение механической характеристики, поскольку оно связывает момент и скольжение двигателя. Остальные входящие в уравнение величины: напряжение сети и параметры двигателя — постоянны 1 и не зависят от sи М.Располагая параметрами двигателя, можно рассчитать и построить его механическую характеристику, которая будет иметь вид, изображенный на рис. 10.18.
Рис. 10.18. Механическая характеристика асинхронного двигателя
1 Сопротивление r2 зависит от частоты f2 и, следовательно, от s, но для двигателей общего назначения изменение r2 незначительно.
При этом крайне важно отметить, что после включения двигателя в нем происходят сложные переходные электромагнитные процессы. В тех случаях, когда время разбега оказывается соизмеримым с временем электромагнитных процессов, механическая характеристика двигателя в период разбега может существенно отличаться от статической.
Одной из важных точек характеристики, представляющей интерес при анализе работы и выборе двигателя, является точка, где момент, развиваемый двигателем, достигает наибольшего значения. Эта точка имеет координаты nкр , sкр , Mmax . Значение критического скольжения sкр , при котором двигатель развивает максимальный (критический) момент Мmax, легко определить, в случае если взять производную dM/ds выражения (10.51) и приравнять ее нулю.
После дифференцирования и последующих преобразований выражение sкр будет иметь следующий вид:
| sкр = ± | r'2 | . |
| √r12+ xк2 |
(10.52)
где хк = x1 + х'2.
Подставив sкр вместо s в уравнение (10.51), получим выражение максимального момента
| Мmax = | 3U1ф2 | . |
| 2ω0(r1 ± √r12+ xк2) |
(10.53)
Необходимо отметить, что из выражений (10.51) — (10.53) вытекает следующее. Момент, развиваемый двигателем, при любом скольжении пропорционален квадрату напряжения. Максимальный момент пропорционален квадрату напряжения и не зависит от сопротивления цепи ротора. Критическое скольжение пропорционально сопротивлению цепи ротора и не зависит от напряжения сети.
Полученные выражения удобны для анализа, однако из-за отсутствия в каталогах параметровr1, х1, х2 их использование для расчетов и построения характеристик затруднено.
В практике обычно пользуются уравнением механической характеристики, с помощью которого можно произвести необходимые расчёты и построения, используя только каталожные данные.
Активное сопротивление обмотки статора r1 значительно меньше остальных сопротивлений цепи статора и ротора, и им обычно пренебрегают. Тогда выражения (10.51) — (10.53) будут иметь вид
| M = | 3U1ф2r'2 | ; |
| ω0s [(r'2/s)2 + хк2] |
(10.54)
sкр = ± r'2/хк; (10.55)
(10.56)
Упрощенное уравнение механической характеристики получается из совместного решения уравнений (10.54) — (10.56):
| M = | 2M max | ; |
| s/sк + sк/s |
(10.57)
Значение Мmax определяется из отношения Мmax/Мном = λ, указываемого в каталогах, a sкр — из уравнения (10.57), в случае если решить его относительно sкр и вместо текущих значений s и М подставить их номинальные значения, которые легко определить по паспортным данным:
sкр = sном (λ ± √λ2 - 1), (10.58)
Следует отметить, что в зоне от М = 0 до М ≈ 0,9Мmax механическая характеристика близка к прямой линии. По этой причине, к примеру, при расчетах пусковых и регулировочных резисторов эту часть механической характеристики принимают за прямую линию, проходящую через точки М = 0, n = n0 и Мном , nном . Уравнение механической характеристики в этой части будет иметь вид
referatwork.ru
Механическая характеристика асинхронного двигателя это зависимость частоты вращения вала двигателя от момента на его валу n2 =f (M ) или S =f (M ). Механическая характеристика изображена на рис. 13. На характеристике можно выделить четыре характерные точки:
1 Точка идеального холостого хода. В ней М =0, S =0;
2 Точка номинального режима работы. В ней М=МН . S=SН . Значения n2Н и МН можно определить по каталожным данным двигателя;
3 Точка максимального или критического момента. В ней М=Мm . S=SK . Данная точка характеризует перегрузочную способность двигателя.
В каталогах для определения параметров данной точки приводится величина кратности критического момента двигателя:
Величина кратности позволяет определить максимально возможный момент двигателя.
4. Точка пуска. В ней М=МП . S =1. Данная точка характеризует пусковые свойства двигателя. В каталогах для определения пусковых свойств приводится величина кратности пускового момента двигателя:
В каталогах приводится также коэффициент кратности пускового тока
который позволяет определить величину тока двигателя в момент пуска.
Синхронные машины как двигатели применяются обычно в приводах большой мощности (более 600 кВт) или как микродвигатели, где требуется строгое постоянство скорости: электрочасы, самопишущие приборы и др. Наибольшее распространение получил генераторный режим работы синхронных машин, и почти вся электроэнергия вырабатывается синхронными генераторами, часто называемыми турбогенераторами. Синхронные генераторы на напряжение до 1000 В применяются в агрегатах для автономных систем электроснабжения. Агрегаты с этими генераторами могут быть стационарными и передвижными. Большинство агрегатов применяются с дизельными двигателями, но приводом их могут быть газовые турбины, электродвигатели и бензиновые двигатели.
Схема синхронной машины показана на рис. 14. Синхронная машина отличается от асинхронной тем, что ток в обмотке ротора появляется не при вращении ее в магнитном поле статора, а подводится к ней от постороннего источника постоянного тока. Статор синхронной машины выполнен так же, как и асинхронной, и на нем обычно расположена трехфазная обмотка. Обмотка ротора в синхронной машине создает магнитный поток возбуждения и называется обмоткой возбуждения. Вращающаяся обмотка ротора соединяется с внешней цепью источника постоянного тока с помощью контактных колец и щеток. Обмотка якоря в машине (генераторе) — это обмотка, в которой индуцируется ЭДС и к которой присоединяется нагрузка.
Рис. 14. Схема синхронной машины:
В — обмотка возбуждения, Uв — напряжение В цепи возбуждения
Результирующий магнитный поток создается совместным действием обмоток возбуждения и статора и вращается с той же частотой, что и ротор, поэтому такие машины называются синхронными.
В схеме на рис. 14 статор является якорем, а ротор — индуктором (возбудителем), но может быть и обращенная схема, в которой статор — индуктор, а ротор — якорь как у машины постоянного тока.
В машине с неподвижным якорем применяются две разновидности ротора: явнополюсный ротор имеет явно выраженные полюсы, неявнополюсный ротор не имеет явно выраженных полюсов.
Рис. 15. Принцип устройства явнополюсной (а) и неявнополюсной (б) синхронной машины
/ — статор (якорь), 2 — ротор (индуктор), 3 — обмотка возбуждения
Постоянный ток в обмотку возбуждения синхронной машины может подаваться от специального генератора постоянного тока, установленного на валу машины и называемого возбудителем, или от сети через полупроводниковый выпрямитель.
При вращении ротора с частотой n2 его магнитное поле возбуждения наводит в статоре ЭДС E1, частота которой
Из формулы следует, что чем больше число пар полюсов синхронной машины p*, тем меньше должна быть ее скорость вращения п для получения заданной частоты fi.
Поэтому синхронные генераторы обычно выпускают явнополюсными с большим числом пар полюсов.
Синхронный двигатель несколько сложнее, чем асинхронный, кроме того, требуются два вида тока – переменный и постоянный. Такие двигатели обычно выпускаются большой мощности и имеют большие габариты. Синхронные двигатели имеют проблемы пуска, обусловленные введением ротора в синхронный режим при запуске двигателя. Возможны следующие способы пуска синхронного двигателя: асинхронный пуск на полное напряжение сети и пуск на пониженное напряжение через автотрансформатор. При асинхронном пуске в момент включения (подключения обмоток статора к системе трехфазного тока) обмотки ротора не соединены с источником постоянного тока, а замкнуты накоротко. Двигатель при этом становится по принципу действия асинхронным. После разгона ротора его замкнутые обмотки размыкаются и подключаются к источнику постоянного тока.
Вместе с тем синхронный двигатель обладает рядом преимуществ, что позволяет применять его в ряде случаев вместо асинхронного.
1. Основным достоинством синхронного электродвигателя является возможность получения оптимального режима по реактивной энергии. который осуществляется путем автоматического регулирования тока возбуждения двигателя. Синхронный двигатель может работать, не потребляя и не отдавая реактивной энергии в сеть, при коэффициенте мощности (cos фи) равным единице. Если для предприятия необходима выработка реактивной энергии, то синхронный электродвигатель, работая с перевозбуждением, может отдавать ее в сеть.
2. Синхронные электродвигатели менее чувствительны к колебаниям напряжения сети, чем асинхронные электродвигатели. Их максимальный момент пропорционален напряжению сети, в то время как критический момент асинхронного электродвигателя пропорционален квадрату напряжения.
3. Синхронные электродвигатели имеют высокую перегрузочную способность. Кроме того, перегрузочная способность синхронного двигателя может быть автоматически увеличена за счет повышения тока возбуждения, например, при резком кратковременном повышении нагрузки на валу двигателя.
4. Скорость вращения синхронного двигателя остается неизменной при любой нагрузке на валу в пределах его перегрузочной способности.
Механическая характеристика синхронного электродвигателя.
*****
38) Механическая характеристика асинхронного двигателя.
Механическая характеристика. Зависимость частоты вращения ротора от нагрузки (вращающегося момента на валу) называется механической характеристикой асинхронного двигателя (рис. 262, а). При номинальной нагрузке частота вращения для различных двигателей обычно составляет 98—92,5 % частоты вращения n1 (скольжение sном = 2 – 7,5 %). Чем больше нагрузка, т. е. вращающий момент, который должен развивать двигатель, тем меньше частота вращения ротора. Как показывает кривая
Рис. 262. Механические характеристики асинхронного двигателя: а — естественная; б — при включении пускового реостата
на рис. 262, а, частота вращения асинхронного двигателя лишь незначительно снижается при увеличении нагрузки в диапазоне от нуля до наибольшего ее значения. Поэтому говорят, что такой двигатель обладает жесткой механической характеристикой.
Наибольший вращающий момент Mmax двигатель развивает при некоторое скольжении skp. составляющем 10—20%. Отношение Mmax /Mном определяет перегрузочную способность двигателя, а отношение Мп /Мном — его пусковые свойства.
Двигатель может устойчиво работать только при обеспечении саморегулирования, т. е. автоматическом установлении равновесия между приложенным к валу моментом нагрузки Мвн и моментом М, развиваемым двигателем. Этому условию соответствует верхняя часть характеристики до достижения Mmax (до точки В). Если нагрузочный момент Мвн превысит момент Mmax. то двигатель теряет устойчивость и останавливается, при этом по обмоткам машины будет длительно проходить ток в 5—7 раз больше номинального, и они могут сгореть.
При включении в цепь обмоток ротора пускового реостата получаем семейство механических характеристик (рис. 262,б). Характеристика 1 при работе двигателя без пускового реостата называется естественной. Характеристики 2, 3 и 4, получаемые при подключении к обмотке ротора двигателя реостата с сопротивлениями R1п (кривая 2), R2п (кривая 3) и R3п (кривая 4), называют реостатными механическими характеристиками. При включении пускового реостата механическая характеристика становится более мягкой (более крутопадающей), так как увеличивается активное сопротивление цепи ротора R2 и возрастает sкp. При этом уменьшается пусковой ток. Пусковой момент Мп также зависит от R2. Можно так подобрать сопротивление реостата, чтобы пусковой момент Мп был равен наибольшему Мmax .
В двигателе с повышенным пусковым моментом естественная механическая характеристика приближается по своей форме к характеристике двигателя с включенным пусковым реостатом. Вращающий момент двигателя с двойной беличьей клеткой равен сумме двух моментов, создаваемых рабочей и пусковой клетками. Поэтому характеристику 1 (рис. 263) можно получить путем суммирования характеристик 2 и 3, создаваемых этими клетками. Пусковой момент Мп такого двигателя значительно больше, чем момент М’п обычного короткозамкнутого двигателя. Механическая характеристика двигателя с глубокими пазами такая же, как и у двигателя с двойной беличьей клеткой.
НА ВСЯКИЙ СЛУЧАЙ РАБОЧУЮ ХАРАКТЕРИСТИКУ.
Рабочие характеристики. Рабочими характеристиками асинхронного двигателя называются зависимости частоты вращения n (или скольжения s), момента на валу М2. тока статора I1 коэффициента полезного действия. и cos?1. от полезной мощности Р2 = Рmx при номинальных значениях напряжения U1 и частоты f1 (рис. 264). Они строятся только для зоны практической устойчивой работы двигателя, т. е. от скольжения, равного нулю, до скольжения, превышающего номинальное на 10—20%. Частота вращения n с ростом отдаваемой мощности Р2 изменяется мало, так же как и в механической характеристике; вращающий момент на валу М2 пропорционален мощности Р2. он меньше электромагнитного момента М на значение тормозящего момента Мтр. создаваемого силами трения.
Ток статора I1. возрастает с увеличением отдаваемой мощности, но при Р2 = 0 имеется некоторый ток холостого хода I0. К. п. д. изменяется примерно так же, как и в трансформаторе, сохраняя достаточно большое значение в сравнительно широком диапазоне нагрузки.
Наибольшее значение к. п. д. для асинхронных двигателей средней и большой мощности составляет 0,75—0,95 (машины большой мощности имеют соответственно больший к. п. д.). Коэффициент мощности cos?1 асинхронных двигателей средней и большой мощности при полной нагрузке равен 0,7—0,9. Следовательно, они загружают электрические станции и сети значительными реактивными токами (от 70 до 40% номинального тока), что является существенным недостатком этих двигателей.
Рис. 263. Механическая характеристика асинхронного двигателя с повышенным пусковым моментом (с двойной беличьей клеткой)
Рис. 264. Рабочие характеристики асинхронного двигателя
При нагрузках 25—50 % номинальной, которые часто встречаются при эксплуатации различных механизмов, коэффициент мощности уменьшается до неудовлетворительных с энергетической точки зрения значений (0,5—0,75).
При снятии нагрузки с двигателя коэффициент мощности уменьшается до значений 0,25—0,3, поэтому нельзя допускать работу асинхронных двигателей при холостом ходе и значительных недогрузках.
Работа при пониженном напряжении и обрыве одной из фаз. Понижение напряжения сети не оказывает существенного влияния на частоту вращения ротора асинхронного двигателя. Однако в этом случае сильно уменьшается наибольший вращающий момент, который может развить асинхронный двигатель (при понижении напряжения на 30% он уменьшается примерно в 2 раза). Поэтому при значительном падении напряжения двигатель может остановиться, а при низком напряжении — не включиться в работу.
На э. п. с. переменного тока при уменьшении напряжения в контактной сети соответственно уменьшается и напряжение в трехфазной сети, от которой питаются асинхронные двигатели, приводящие во вращение вспомогательные машины (вентиляторы, компрессоры, насосы). Для того чтобы обеспечить нормальную работу асинхронных двигателей при пониженном напряжении (они должны нормально работать при уменьшении напряжения до 0,75Uном ), мощность всех двигателей вспомогательных машин на э. п. с. берется примерно в 1,5—1,6 раза большей, чем это необходимо для привода их при номинальном напряжении. Такой запас по мощности необходим также из-за некоторой несимметрии фазных напряжений, так как на э. п. с. асинхронные двигатели питаются не от трехфазного генератора, а от расщепителя фаз. При несимметрии напряжений фазные токи двигателя будут неодинаковы и сдвиг между ними по фазе не будет равен 120°. В результате по одной из фаз будет протекать больший ток, вызывающий увеличенный нагрев обмоток данной фазы. Это заставляет ограничивать нагрузку двигателя по сравнению с работой его при симметричном напряжении. Кроме того, при несимметрии напряжений возникает не круговое, а эллиптическое вращающееся магнитное поле и несколько изменяется форма механической характеристики двигателя. При этом уменьшаются его наибольший и пусковой моменты. Несимметрию напряжений характеризуют коэффициентом несимметрии, который равен среднему относительному (в процентах) отклонению напряжений в отдельных фазах от среднего (симметричного) напряжения. Систему трехфазных напряжений принято считать практически симметричной, если этот коэффициент меньше 5 %.
При обрыве одной из фаз двигатель продолжает работать, но по неповрежденным фазам будут протекать повышенные токи, вызывающие увеличенный нагрев обмоток; такой режим не должен допускаться. Пуск двигателя с оборванной фазой невозможен, так как при этом не создается вращающееся магнитное поле, вследствие чего ротор двигателя не будет вращаться.
Использование асинхронных двигателей для привода вспомогательных машин э. п. с. обеспечивает значительные преимущества по сравнению с двигателями постоянного тока. При уменьшении напряжения в контактной сети частота вращения асинхронных двигателей, а следовательно, и подача компрессоров, вентиляторов, насосов практически не изменяются. В двигателях же постоянного тока частота вращения пропорциональна питающему напряжению, поэтому подача этих машин существенно уменьшается.
*****
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: P н= 14 кВт, n н= 960 об/мин, cos φн = 0,85, ηн = 0,88, кратность максимального момента k м= 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
P1 н = P н / 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 n н= 960 об/мин.
s н = (n1 — n н ) / n1 = (1000 — 960 ) / 1000 = 0,04
Номинальный момент на валу двигателя
Мк = k м х Мн = 1,8 х 139,3 = 250,7 Н•м.
Критическое скольжение находим подставив М = Мн, s = s н и Мк / Мн = k м.
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 s н = 0,04, n н = 960 об/мин, Мн = 139,3 Н•м и точка критического режима s к = 0,132, n к = 868 об/мин, Мк =250,7 Н•м.
Для точки пускового режима s п = 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.
*****
Механическая характеристика асинхронного двигателя — зависимость частоты оборота ротора от момента вала n = f (M2). Потому что, во время нагрузки момент холостого хода не велик, то M2 ≈ M и механические свойства отображаются отношением n = f (M). Если принимать во внимание связь s = (n1 — n) / n1, поэтому механические свойства можно извлечь, построив ее графическое соотношение в положении n и М.
Механическая естественная характеристика асинхронного двигателя соответствует паспортной схеме его активации и номинальным параметрам напряжения. Неестественные характеристики создаются, если работают какие-либо второстепенные элементы: реакторы, резисторы, конденсаторы. При включении в сеть генератора не номинальным напряжением характеристики различаются от механической естественной характеристики.
Механические характеристики — полезный и удобный инструмент для анализа динамических и статических режимов электропривода.
Расчет механической характеристики асинхронного электродвигателя.Асинхронный трехфазный двигатель с короткозамкнутым ротором подключен в сеть с напряжением 380 В и частотой 50 Гц. Параметры двигателя cosφн= 0,85, nн= 960 об/мин, ηн= 0,88, Pн= 14 кВт, кратность наибольшего момента 1,8.Требуется найти: количество пар полюсов, номинальный ток в фазе обвивки статора, номинальное скольжение, критический момент, критическое скольжение, номинальный валовый момент, составить механическую характеристику двигателя.Расчет. Значение номинальной мощности, которая питается из сети:P1н =Pн / ηн = 16 кВт. Показатель номинального тока, питающегося из сети:
Количество пар полюсовp = 60 f / n1 = 3 Значение номинального скольженияsн = (n1 — nн) / n1 = 0,04 Номинальный валовый момент:
Показатель критического момента:Мк = kм х Мн =250,7 Н•м Показатель критического скольжения:
Чтобы построить механическую характеристику асинхронного двигателя, требуется найти точки: отметка холостого хода s = 0, n = 1000 об/мин, М = 0, отметка критического режима sк = 0,132, nк = 868 об/мин, Мк =250,7 Н•м, отметка номинального режима sн = 0,04, nн = 960 об/мин, Мн = 139,3 Н•м.Для отметки пускового режима n = 0, sп = 1:
*****
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.
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.
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.
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.
Наши читатели рекомендуют!
Для экономии на платежах за электроэнергию наши читатели советуют «Экономитель энергии Electricity Saving Box». Ежемесячные платежи станут на 30-50% меньше, чем были до использования экономителя. Он убирает реактивную составляющую из сети, в результате чего снижается нагрузка и, как следствие, ток потребления. Электроприборы потребляют меньше электроэнергии, снижаются затраты на ее оплату.
Точка 2 — номинальный режим работы. Точка 3 — частота вращения достигла критического значения. Пусковой момент Мпуск — точка 4.
Существуют технические способы расчетов и построения механической характеристики с учетом данных паспорта.
В первоначальной точке 1 n0=60f/p (p – количество пар полюсов). Поскольку nн и Mн непосредственно координаты точки 2, расчет номинального момента производится по формуле Mн=9,55*Рн/ nн, где Рн — номинальная мощность. Значение nн указано в паспорте двигателя. В точке 3 Mкр=Mнλ. Пусковой момент в точке 4 Mпуск=Mн*λпуск (значения λ, λпуск — из паспорта).
Механическая характеристика, построенная таким образом, называется естественной. Изменяя другие параметры можно получить искусственную механическую характеристику.
Полученные результаты дают возможность проанализировать и согласовать механические свойства самого двигателя и рабочего механизма.
Она являет собой зависимость угловой скорости вращения от тока статора. Используя несколько опорных точек можно построить электромеханическую характеристику. Номинальный ток рассчитывается по формуле:
Ток холостого хода составляет 30—40% от номинального.
Формула расчета при критическом скольжении:
Ток в начальный момент пуска:
Все значения отражают электромеханическую характеристику.
Рабочие характеристики асинхронного электродвигателя — это взаимосвязь нескольких параметров от полезной мощности P2. В их число входят: частота вращения самого ротора n2, момент на валу М, скольжение S, ток статора I1, расходуемая мощность P, коэффициент мощности СОSφ и КПД.
Причем частота электрического тока и напряжение неизменны, в отличие от нагрузки.
Как правило, рабочие характеристики асинхронного двигателя строятся в диапазоне значений скольжения от 0 до значения, превышающего номинальное на 10%. Это зона, где машина работает устойчиво.
Частота вращения ротора n2 уменьшается при возрастании нагрузки на валу. Но эти изменения не превышают 5%. Ток I1 растет, поскольку при последующем увеличении нагрузки его активная составляющая превышает реактивную.
СОSφ при холостом ходе мал. Но затем он возрастает. При повышенных нагрузках СОSφ уменьшается из-за возрастающего внутри обмотки ротора реактивного сопротивления.
КПД холостого хода равен 0. С увеличением нагрузки наблюдается его резкий рост, а впоследствии, снижение.
linochek.ru
