Рабочие характеристики асинхронного двигателя (рис. 13.7) представляют собой графически выраженные зависимости частоты
вращения n2, КПД η, полезного момента (момента на валу) М2, коэффициента мощности cos φ, и тока статора I1 от полезной мощности Р2 при U1 = const f1 = const.
Скоростная характеристика n2 = f(P2). Частота вращения ротора асинхронного двигателя
n2 = n1(1 - s).
Скольжение по (13.5)
s = Pэ2/ Pэм, (13.24)
т. е. скольжение двигателя, а следовательно, и его частота вращения определяются отношением электрических потерь в роторе к электромагнитной мощности Рэм. Пренебрегая электрическими потерями в роторе в режиме холостого хода, можно принять Рэ2 = 0, а поэтому s ≈ 0 и n20 ≈ n1. По мере увеличения нагрузки на валу
Рис. 13.7. Рабочие характеристики асинхронного двигателя
двигателя отношение (13.24) растет, достигая значений 0,01—0,08 при номинальной нагрузке. В соответствии с этим зависимость n2 = f(P2) представляет собой кривую, слабо наклоненную к оси абсцисс. Однако при увеличении активного сопротивления ротора r2' угол наклона этой кривой увеличивается. В этом случае изменения частоты вращения n2 при колебаниях нагрузки Р2 возрастают. Объясняется это тем, что с увеличением r2' возрастают электрические потери в роторе [см. (13.3)].
Зависимость М2 =f(P2). Зависимость полезного момента на валу двигателя М2 от полезной мощности Р2 определяется выражением
M2 = Р2/ ω2 = 60 P2/ (2πn2) = 9,55Р2/ n2, (13.25)
где Р2 — полезная мощность, Вт; ω2 = 2πf 2/ 60 — угловая частота вращения ротора.
Из этого выражения следует, что если n2 = const, то график М2 =f2(Р2) представляет собой прямую линию. Но в асинхронном двигателе с увеличением нагрузки Р2 частота вращения ротора уменьшается, а поэтому полезный момент на валу М2 с увеличением нагрузки возрастает не сколько быстрее нагрузки, а следовательно, график М2 =f (P2) имеет криволинейный вид.
Рис. 13.8. Векторная диаграмма асинхронного
двигателя при небольшой нагрузке
Зависимость cos φ1 = f (P2). В связи с тем что ток статора I1 имеет реактивную (индуктивную) составляющую, необходимую для создания магнитного поля в статоре, коэффициент мощности асинхронных двигателей меньше единицы. Наименьшее значение коэффициента мощности соответствует режиму х.х. Объясняется это тем, что ток х.х. I0 при любой нагрузке остается практически неизменным. Поэтому при малых нагрузках двигателя ток статора невелик и в значительной части является реактивным (I1 ≈ I0). В результате сдвиг по фазе тока статора 
, относительно напряжения
Рис. 13.9. Зависимость cos φ1,от нагрузки при
соединении обмотки статора звездой (1) и треугольником (2)
коэффициент мощности возрастает, достигая наибольшего значения (0,80—0,90) при нагрузке, близкой к номинальной. Дальнейшее увелиичение нагрузки сопровождается уменьшением cos φ1 что объясняется возрастанием индуктивного сопротивления ротора (x2s) за счет увеличения скольжения, а следовательно, и частоты тока в роторе. В целях повышения коэффициента мощности асинхронных двигателей чрезвычайно важно, чтобы двигатель работал всегда или по крайней мере значительную часть времени с нагрузкой, близкой к номинальной. Это можно обеспечить лишь при правильном выборе мощности двигателя. Если же двигатель работает значительную часть времени недогруженным, то для повышения cos φ1, целесообразно подводимое к двигателю напряжение U1 уменьшить. Например, в двигателях, работающих при соединении обмотки статора треугольником, это можно сделать пересоединив обмотки статора в звезду, что вызовет уменьшение фазного напряжения в 
раз. Кроме того, активная составляющая тока статора несколько увеличивается. Все это способствует повышению коэффициента мощности двигателя. На рис. 13.9представлены графики зависимости cos φ1, асинхронного двигателя от нагрузки при соединении обмоток статора звездой (кривая 1) и треугольником (кривая 2).
studfiles.net
Изменение частоты.Частота сети ftможет отличаться от номинальной fH, в особенности, в маломощных автономных энергетических установках (транспорт, лесоразработки, изолированные строительные объекты и пр.). Рассмотрим влияние изменения частоты на работу двигателя, когда иг= £/1н = const и момент нагрузки на валу Мст равен или близок номинальному.
Если пренебречь падениями напряжения, то
откуда следует, что при иг — const изменение fxприводит к изменению потока двигателя Ф. С другой стороны,
М = &Ф/2 cos t|j2,
откуда следует, что при Мст = const изменение Ф приводит к изменению вторичного тока /2 и нагрузочной составляющей первичного тока.
Ввиду заметного насыщения магнитной цепи асинхронных двигателей уменьшение /х и соответствующее ему увеличение Ф приводят к значительному увеличению намагничивающего тока /м. Например, уменьшение d на 10% обычно вызывает увеличение /„ на 20—30%. Хотя при увеличении Ф и МС1 — const ток /2 соответственно уменьшается, более значительное увеличение намагничивающего тока может вызвать общее увеличение первичного тока и перегрев первичной обмотки.
Увеличение fxи соответствующее ему уменьшение Ф приводят к заметному уменьшению намагничивающего тока. При этом, однако, при М„ = const растет ток /2, что приводит к перегрузке током обмотки ротора, а при определенных условиях также и к перегрузке обмотки статора.
Таким образом, как уменьшение, так и увеличение частоты вызывают ухудшение условий работы асинхронных двигателей, работающих при нагрузках, близких к номинальным. Поэтому колебания частоты сети должны быть ограничены. По ГОСТ 183—66 двигатели должны отдавать номинальную мощность при отклонениях частоты от номинального значения до ±5%.
Изменение напряжения приfx = /lH приводит, согласно равенству (29-2), к тем же последствиям, как и изменение частоты, с той лишь разницей, что уменьшение Uxвызывает также уменьшение Ф и наоборот. Поэтому изменение игпри /х = const и при нагрузках, близких к номинальным, тоже приводит к ухудшению условий работы асинхронных двигателей. В связи с этим колебания Ux
также должны быть ограничены. На основании ГОСТ 183—66 двигатели должны отдавать номинальную мощность при отклонениях напряжения сети от номинального в пределах от —5 до +10%. При одновременном отклонении напряжения и частоты двигатели переменного тока, согласно ГОСТ 183—66, должны отдавать номинальную мощность, если сумма процентных значений этих отклонений без учета знаков не превосходит 10%.
Переключение обмоток слабо загруженных асинхронных двигателей с треугольника на звезду. Как было установлено, при боль-
Рис. 29-13. "Рабочие характеристики асинхронного двигателя
28 mm, 975 об/мин при соединениях обмотки статора в трегулышк"
и звезду и при напряжении сети, равном номинальному фазному
напряжению двигателя
шой нагрузке асинхронного двигателя уменьшение напряжения не его зажимах приводит к перегрузке обмоток двигателя токами <я всеми вытекающими отсюда ^Последствиями (увеличение потери! уменьшение к. п. д., перегрев обмоток). Однако если двигателЩ нагружен слабо, например до 35—40% от номинальной мощности! то уменьшение игможет привести к улучшению энергетическиэ| показателей двигателя. Действительно, намагничивающий ток /^ в результате уменьшения потока при этом весьма значительна уменьшается и, следовательно, коэффициент мощности заметно уве* личивается. Уменьшаются пропорционально U\ также магнитные потери. Хотя при Мст = const уменьшение £/а будет вызывать соответствующее увеличение /£, вследствие недогрузки двигателя величина /а может не превышать номинального значения. Нагрузоч* ная составляющая 1гувеличивается тай, же, как /£, но ввиду умени шения /„ результирующая величина 1гможет даже уменьшиться?
В результате указанных причин величина к. п. д. ц может увеличиться.
По ряду причин некоторые асинхронные двигатели в условиях эксплуатации могут быть сильно недогруженными. Если обмотки статора таких двигателей нормально соединены в треугольник, то для улучшения c6s ф и к. п. д. двигателей может оказаться целесообразным переключение их в звезду. Напряжения фаз при этом уменьшатся в |/"3 раза, что вызовет также уменьшение Ф в У"3 раза, уменьшение /м в 2—2,5 раза и при условий Mcr= const = увеличение /а в V"3 раза. Если при этом к. п. д. улучшится или даже останется неизменным, то для улучшения cos ф сети целесообразно переключить обмотки статора в звезду. Величина нагрузки, ниже которой такое переключение дли данного двигателя целесообразно, должна быть установлена путем расчета или экспериментально.
На рйс. 29-13 в качестве иллюстрации к сказанному приведены характеристики двигателя на 28 кет, 975 обТмин. Из этих характеристик видное что для улучшения cos ф переключение обмоток этого двигателя в звезду целесообразно при нагрузках ниже 40% от номинального значения, когда cos ф и г) будут выше, чем при соединении в треугольник.
§ 29-8. Несимметричные режимы работы асинхронных двигателей
Предварительные замечания. Несимметричные режимы работы асинхронных Двигателей возникают в следующих случаях: 1) при искажении симметрии напряжений сети, 2) при несимметрии сопротивлений в цепях статора и ротора, 3) при несимметричной схеме соединений обмоток двигателя. Такие режимы могут возникнуть как результат отклонения условий работы двигателя от нормальных, в частности, вследствие неисправностей и аварий. В ряде случаев несимметричные режимы используются для получения характеристик с особыми свойствами. Рассмотрим некоторые несимметричные режимы и будем полагать, что устройство асинхронной машины в целом и фаз ее обмоток является симметричным.
Несимметричные режимы работы асинхронных машин целесообразно исследовать с помощью метода симметричных составляющих, пренебрегая насыщением и пользуясь методом наложения. Составляющие нулевой последовательности в токах обмоток асинхронных двигателей обычно не возникают, так как нулевые точки этих обмоток, если обмотки соединены в звезду, обычно изолированы. Поэтому следует рассмотреть поведение асинхронных машин по отношению к составляющим напряжений и токов прямой и обратной последовательности.
Работа асинхронной машины при несимметрии приложенных напряжений.Пусть система трехфазных напряжений, приложенных к первичной обмотке асинхронной машины, несимметрична и содержит составляющие прямой (Un) и обратной (£/12) последовательности. Все изложенное в предыдущих главах относилось к асинхронной машине с напряжениями и токами прямой последовательности. Повторим здесь вкратце полученные выше результаты, введя дополнительный индекс 1 для обозначения прямой последовательности, а затем распространим эти результаты на напряжения и токи обратной последовательности (с дополнительным индексом 2).
Рис. 29-14. Схемы замещения асинхронной машины для токов инапряжений прямой (а) и обратной (б) последовательности
Напряжения Unвызывают в первичной цепи машины токи прямой последовательности 1п. Эти токи создают магнитное поле и поток прямой последовательности, которые вращаются со скоростью
и индуктируют токи прямой последовательности /21 во вторичной обмотке. Токи 1ии /21 создают общее магнитное поле прямой последовательности, вращающееся со скоростью nvСкольжение ротора относительно этого поля есть скольжение прямой последовательности:
где п — скорость вращения ротора, положительная в случае, когда ротор вращается в сторону поля прямой последовательности.
Для системы токов и напряжений прямой последовательности действительна схема замещения рис. 29-14, а, которая идентична со схемами замещения рис. 24-6. Эта схема позволяет рассчитать токи 1пи /ji, если известны Uuи параметры машины.
Необходимо отметить, что, кроме моментов Мги М%, в результате взаимодействия токов обратной последовательности ротора с прямым полем и взаимодействия токов прямой последовательности ротора с обратным полем возникают также добавочные составляющие вращающего момента. Однако эти добавочные моменты пульсируют с большой частотой, равной 2fltи средняя величина их равна нулю. Поэтому они практически не оказывают влияния на движение ротора-. Вместе с тем в результате взаимодействия прямых и обратных полей возникают вибрационные радиальные силы частоты 2/х.
Надо также отметить, что в общем случае параметры вторичной цепи r'i и х'а2для токов прямой и обратной последовательности различны, так как частоты этих токов fn = sfi, fn= (2 —s)^ неодинаковы й влияние вытеснения тока сказывается поэтому в различной степени. Это обстоятельство необходимо учитывать при практических расчетах.
На рис. 29-15 изображены кривые моментов Мъ Ма и М для случая, когда
ипи и и постоянны по величине и U12/Uu= 0,5. Ввиду преобладания составляющей прямой последовательности режим работы машины а целом определяется действием этой составляющей. Как видно из рис. 29-15, под влиянием токов обратной последовательности результирующий момент двигателя М снижается, скольжение при том же моменте сопротивления на валу Мст увеличивается и, следовательно, увеличиваются потери и нагрев машины, а также уменьшается к. п. д. Все это является следствием тогоГ что по отношению к системе обратной последовательности мащина при 0 < s < 1 работает в тормозном режиме (1 < sa < 2). Из сказанного следует, что наличие токов обратной последовательности ухудшает условия работы асинхронных двигателей, й поэтому искажение симметрии системы питающих напряжений нежелательно. Однако в ряде случаев несимметричные режимы используются в специальных целях.
Несимметрия сопротивлений во вторичной цепи может возникать в результате различных неисправностей (например, отсутствие контакта в цепи одной фазы трехфазного ротора или обрыв одного или нескольких стержней короткозамкнутого алюминиевого ротора вследствие дефектов литья). Иногда для уменьшения числа контак-
Рис 29-15 Моменты прямой (Mt) и обратной {М2) последовательности и результирующей момент (М) асинхронной машины в функции скольжения
тов реостата или контроллера при сохранении достаточно большого числа ступеней пуска применяются также несимметричные пусковые реостаты, в которых переключение ступеней реостата в разных фазах производится неодновременно. Например, если каждая фаза трехфазного пускового реостата имеет п — 2 ступени и переключение ступеней в каждой фазе производится одновременно, то получим 2+1=3 ступени пуска. Если же ступени каждой фазы переключить поочередно, то получим 2-3+1 = 7 ступеней пуска. В последнем случае большое количество ступеней пуска достигается при относительно простой и дешевой пусковой аппаратуре.
Рассмотрим, как влияет несимметрия цепи ротора на работу двигателя. Предположим при этом, что обмотка ротора является трехфазной.
Симметричная система напряжений сети Uxвызывает в обмотке статора токи 1г ~ 1пчастоты сети fvВращающееся поле прямой последовательности, созданное этими токами, индуктирует в фазах ротора э. Д. с Е% частоты /3 = sh- Вследствие неравенства сопротивлений отдельных фаз токи в фазах ротора будут неодинаковы, и их можно разложить на токи прямой (/21) и обратной (1п) последовательности.
Токи прямой последовательности ротора 1пчастоты sfx создают прямое поле, вращающееся синхронно с полем токов 1Х= 1истатора, вследствие чего образуется результирующее, или общее, прямое поле двигателя. В результате взаимодействия этого поля с токами ротора /г1 создается вращающий момент прямой последовательности Mi, который имеет ту же природу, что и обычный момент двигателя при cHMMetph5HOM режиме работы.
Токи обратной последовательности ротора /22 также имеют частоту /s =» sftи создают поле, вращающееся со скоростью
которые замыкаются через сеть и накладываются на токи /ц частоты fvТак как в самой первичной сети нет напряжений и э. д. с. частоты /w и сопротивление сети по отношению к сопротивлению
обмоток двигателя мало, то можно считать, что обмотка статора по отношению к токам /13 замкнута накоротко.
Токи ротора /32 и статора /12 создают общее вращающееся поле, и при взаимодействии этого поля с током ротора /2а возникает действующий на ротор момент Мг. Общий действующий на ротор вращающий момент
При скольжениях 0,5<s< 1,согласно равенству (29-11), имеем л2 < 0, т. е. обратное поле вращается относительно статора в отри-
Рис. 29-16. Кривые вращающих моментов
асинхронного двигателя при несимметрии
сопротивлений в фазах (а) и при разрыве
цепи одной фазы (б) обмотки ротора
дательном направлении. Однако создаваемый при этом момент М2 действует в положительном направлении (М2 > 0), в результате чего и сам ротор вращается против направления вращения поля. Эти явления вполне аналогичны явлениям в асинхронном двигателе с питанием со стороны ротора, когда движение ротора также происходит против направления поля. При скольжениях 0 < s <
< 0,5 [см. выражение (29-11)] имеем п3 > 0, т. е. обратное поле вращается в положительном направлении, вследствие чего М2<
< 0. При s = 0,5 [см. выражение (29-11)1п% = 0, обратное поле неподвижно относительно статора, поэтому токи /12 в статоре не индуктируются и М2= 0.
Характер кривой момента М2 = f (s) представлен на рис. 29-16, а. Там же показан характер кривой Мх = f (s) и М = Мх -f- M2 = = f (s). Кривая момента Мхимеет в области s = 0,5 провал в связи с тем, что при s = 0,5 ток /12 = 0, размагничивающее действие токов /1а по отношению к полю токов ротора /22 отсутствует (режим идеального холостого хода), поэтому индуктивное сопротивление
токам /22 велико, вследствие чего величины всех токов /22, h\ и /х = /п при s « 0,5 уменьшаются.
В связи со сказанным выше кривая моментов М = f (s) двигателя также имеет в области s = 0,5 провал. При значительной несимметрии сопротивлений вторичной цепи величина этого провала может оказаться настолько большой, что двигатель при пуске «застрянет» на скорости п та 0,5 пхи не достигнет нормальной скорости вращения. Токи обмоток при этом будут велики и опасны для двигателя. Если одна из трех фаз ротора имеет обрыв, то величина М в области s — 0,5 будет даже отрицательной (рис. 29-16, б) и двигатель не достигнет нормальной -скорости вращения даже при пуске на холостом ходу. Такое явление впервые было описано Г. Гергесом в 1896 г. и называется эффектом Гергеса или эффектом одноосного включения. При увеличении активных сопротивлений цепи ротора, например, с помощью реостата кривая момента при обрыве одной фазы цепи ротора становится более благоприятной.
lektsia.com
Режимы работы асинхронных двигателей. Холостой ход. Если пренебречь трением и магнитными потерями в стали (идеализированная машина), то ротор асинхронного двигателя при холостом ходе вращался бы с синхронной частотой n=n1 в ту же сторону, что и поле статора; следовательно, скольжение было бы равно нулю. Однако в реальной машине частота вращения ротора n при холостом ходе никогда не может стать равной частоте вращения n1, так как в этом случае магнитное поле перестанет пересекать проводники обмотки ротора и в них не возникнет электрический ток. Поэтому двигатель в этом режиме не может развить вращающего момента и ротор его под влиянием противодействующего момента сил трения начнет замедляться. Замедление ротора будет происходить до тех пор, пока вращающий момент, возникший при уменьшенной частоте вращения, не станет равным моменту, создаваемому силами трения. Обычно при холостом ходе двигатель работает со скольжением s = 0,2-0,5 %.
При холостом ходе в асинхронном двигателе имеют место те же электромагнитные процессы, что и в трансформаторе (обмотка статора аналогична первичной обмотке трансформатора, а обмотка ротора—вторичной обмотке). По обмотке статора проходит ток холостого хода I0, однако его значение в асинхронном двигателе из-за наличия воздушного зазора между ротором и статором значительно больше, чем в трансформаторе (20—40 % номинального тока по сравнению с 3—10 % у трансформатора). Для уменьшения тока I0 в асинхронных двигателях стремятся выполнить минимально возможные по соображениям конструкции и технологии зазоры. Например, у двигателя мощностью 5 кВт зазор между статором и ротором обычно равен 0,2—0,3 мм. Ток холостого хода, так же как и в трансформаторе, имеет реактивную и активную составляющие. Реактивная составляющая тока холостого хода (намагничивающий ток) обеспечивает создание в двигателе требуемого магнитного потока, а активная составляющая — передачу в обмотку статора из сети энергии, необходимой для компенсации потерь мощности в машине в этом режиме.
Нагрузочный режим. Чем больше нагрузочный момент на валу, тем больше скольжение и тем меньше частота вращения ротора. Увеличение скольжения при возрастании момента объясняется
Рис. 260. Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя
следующим образом. При увеличении нагрузки на валу ротора он начинает тормозиться и частота его вращения т уменьшается. Но одновременно увеличивается частота n1- n персечения вращающимся полем проводников обмотки ротора, а следовательно, э. д. с. Е2, индуцированная в этой обмотке, ток в роторе I2 и образованный им электромагнитный вращающий момент М. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока электромагнитный момент двигателя M не сравняется с нагрузочным моментом Мвн. При достижении равенства моментов М = Мвн торможение прекратится и двигатель будет снова вращаться с постоянной частотой вращения, но меньшей, чем до увеличения нагрузки. При уменьшении нагрузочного момента Мвн частота вращения ротора по той же причине будет увеличиваться. Обычно при номинальной нагрузке скольжение для двигателей средней и большой мощности составляет 2—4 %, а для двигателей малой мощности от 5 до 7,5 %.
При работе двигателя под нагрузкой по обмоткам его статора и ротора проходят токи i1 и i2. Частота тока в обмотках статора f1 и ротора f2 определяется частотой пересечения вращающимся магнитным полем проводников соответствующей обмотки. Обмотка статора пересекается магнитным полем с частотой n1, а обмотка вращающегося ротора — с частотой n1 — n. Следовательно,
f2/f1 = (n1- n)/n1= s или f2 = f1s (83)
Передача электрической энергии из статора в ротор происходит так же, как и в трансформаторе. Двигатель потребляет из сети электрическую мощность Pэл = 3U1I1cos?1 и отдает приводимому им во вращение механизму механическую мощность Рмх (рис. 260). В процессе преобразования энергии в машине имеют место потери мощности: электрические в обмотках статора ?Рэл1 и ротора ?Рэл2, магнитные ?Рм от гистерезиса и вихревых токов в ферромагнитных частях машины и механические ?Рмх от трения в подшипниках и вращающихся частей о воздух. Из статора в ротор вращающимся электромагнитным полем передается электромагнитная мощность Pэм роторе она превращается в механическую мощность ротора Р’мх. Полезная механическая мощность на валу двигателя Pмхменьше мощности Р’мх на значение потерь мощности на трение ?Рмх.
При возрастании механической нагрузки на валу двигателя увеличивается ток I2. В соответствии с этим возрастает и ток I1 в обмотке статора. Электромагнитный момент М создается в асинхронном двигателе в результате взаимодействия вращающегося магнитного поля с током I2, индуцируемым им в проводниках обмотки статора. Однако в создании его участвует не весь ток I2, а только его активная составляющая I2cos?2 (здесь ?2— угол сдвига фаз между током I2 и э. д. с. Е2 в обмотке ротора). Поэтому
M = cмФтI2 cos?2 (84)
где
Фт — амплитуда магнитного потока, созданного обмоткой статора;
cм — постоянная, определяемая конструктивными параметрами данной машины и не зависящая от режима ее работы.
Поясним физический смысл формулы (84). На рис. 261 изображен ротор двухполюсного асинхронного двигателя в развернутом виде, на котором кружками показаны поперечные сечения проводников. Крестики и точки внутри проводников обозначают направление в них тока i2, а под проводниками — направление индуцированных э. д. с. e2, которые пропорциональны индукции В в данной точке воздушного зазора между статором и ротором. Кривая В показывает распределение вдоль окружности ротора индукции, создаваемой вращающимся магнитным полем, кривая i2 — распределение тока в проводниках, а кривая f — распределение электромагнитных сил, возникающих в результате взаимодействия тока (а с вращающимся магнитным полем. Электромагнитный вращающий момент М, создаваемый в результате совместного действия всех сил f, будет пропорционален среднему значению электромагнитной силы fср. Легко заметить, что к проводникам, лежащим на дуге, равной 180° — ?2, приложены силы f, увлекающие ротор за вращающимся магнитным полем, а на дуге ?2 — тормозящие силы. Поэтому при неизменном токе I2 среднее значение электромагнитной силы fср, а следовательно, и электромагнитный момент М будут тем больше, чем меньше угол ?2. Электромагнитный момент М зависит от скольжения s.
Рис. 261. Распределение индукции В, тока i2 и электромагнитных сил f, действующих на проводники асинхронного двигателя
Так, при увеличении скольжения возрастает э. д. с. Е2 в обмотке ротора и ток I2. Однако одновременно уменьшается cos?2, так как активное сопротивление обмотки ротора R2 остается неизменным, а реактивное Х2 увеличивается (возрастает частота тока f2 в обмотке ротора).
При s < 10-20% увеличение скольжения приводит к незначительному уменьшению cos ?2, вследствие чего активная составляющая тока в обмотке ротора I2cos ?2 и электромагнитный момент М возрастают.
При некотором критическом скольжении sкр двигатель развивает наибольший момент Мmax, который определяет его перегрузочную способность. При дальнейшем увеличении скольжения (большем sкр) происходит резкое уменьшение cos ?2, поэтому активная составляющая тока I2cos ?2 и электромагнитный момент М уменьшаются.
Номинальный вращающий момент Мном двигатели средней и большой мощности развивают при скольжении Sном = 2-4%.
Согласно государственным стандартам на асинхронные двигатели отношение Mmax/Mном = 1,8-2,5. Критическое скольжение sкр для мощных двигателей составляет 5—10%, для двигателей средней и малой мощности — от 10 до 20 %.
Асинхронный двигатель, как и любая электрическая машина, может работать в генераторном режиме, создавая тормозной момент. Этот режим используется для электрического торможения приводов.
Режим пуска. В начальный момент пуска ротор двигателя неподвижен: скольжение s=1, магнитное поле пересекает ротор с максимальной частотой, индуцируя в нем наибольшую э. д. с. Е2. Так как ток в роторе I2 определяется значением э. д. с. Е2, то в начальный момент пуска он будет наибольшим. Наибольшим будет и ток в статоре. Обычно пусковой ток двигателя в 5—7 раз больше номинального. Вращающий момент Мп при пуске называется пусковым. Он обычно меньше наибольшего момента, который может развить двигатель. Для двигателей различных типов и мощностей отношение Мп/Мном= 0,7 – 1,8
studfiles.net
Разгон ротора двигателя при таком пуске происходит в асинхронном режиме. При включении обмотки статора в трехфазную сеть переменного тока, момент вращения возникает от взаимодействия вращающегося магнитного поля статора с токами, наведенными в стержнях короткозамкнутой пусковой обмотки, расположенной на роторе. Под действием этого момента двигатель разгоняется и достигает почти синхронной частоты вращения, а после подачи постоянного тока в обмотку возбуждения он втягивается в синхронизм. При асинхронном пуске синхронного двигателя обмотку возбуждения замыкают на активное сопротивление. Обмотку возбуждения нельзя оставлять разомкнутой, так как в ней вследствие большого числа витков наведется при пуске значительное напряжение, опасное для изоляции обмотки.
U – образные характеристики синхронного двигателя
U – образные характеристики показывают зависимость линейного тока Iл и коэффициента мощности cos φ синхронного двигателя от его тока возбуждения 
при 
, 
.
Рис. 3. U – образные характеристики синхронного двигателя.
Известно, что если ток IВ меньше нормального, двигатель недовозбужден и работает как индуктивная нагрузка. Линейный ток IЛ1 отстает по фазе от напряжения на угол φ
.
Рис. 4. Векторная диаграмма токов синхронного двигателя.
При нормальном возбуждении линейный ток IЛ совпадает с напряжением и имеет минимальное значение, cos φ = 1. При дальнейшем увеличении тока возбуждения двигатель перевозбужден и работает, как емкостная нагрузка. Линейный ток IЛ2 опережает напряжение на угол φ2, cos φ уменьшается, а линейный ток IЛ2 растет.
Большинство приемников электрической энергии обладают индуктивным сопротивлением (асинхронные двигатели, трансформаторы и др.). Если параллельно приемнику электрической энергии, например, асинхронному двигателю, включить синхронный двигатель, работающий в режиме перевозбуждения (рис. 5), индуктивная составляющая тока асинхронного двигателя 
и емкостная составляющая тока синхронного двигателя
– соответственно и реактивные мощности будут взаимно компенсироваться и на данном участке цепи повыситсяcos φ. (рис. 6).
Рис. 5. Упрощенная однолинейная схема параллельного включения асинхронного и синхронного двигателей.
М1 – асинхронный двигатель, АД;
М2 – синхронный двигатель, СД;
РА, РС – активные мощности двигателей.
Рис. 6. Векторная диаграмма токов при параллельной работе асинхронного и синхронного двигателей.
Результирующий cos φ будет зависеть от разности реактивных составляющих токов АД и СД – соответственно и реактивных мощностей.
,
где 
– активные мощности, потребляемые соответственно асинхронным и синхронным двигателями;
–реактивные мощности соответственно асинхронного и синхронного двигателей.
Эффективность повышения коэффициента мощности путем использования синхронного двигателя по сравнению со статическими конденсаторами состоит в том, что синхронная машина одновременно используется как двигатель, имеющий нагрузку на валу, и как конденсатор, генерирующий реактивную мощность, величину которой можно легко изменить.
studfiles.net
Читать все новости ➔
Текст задачи «По данным режима нагрузки производственного механизма построить нагрузочную диаграмму P = f (t) и выбрать мощность асинхронного двигателя любой серии. Выбранный двигатель проверить по максимальной мощности. Определить параметры Т и Г образной схемы замещения в абсолютных единицах и нанести их на схемы замещения. По паспортным данным построить механическую характеристику и определить перегрузочную способность».Даноt1=1 с;t2=1,5 с;t3=2,5 с;t4=1,5 с;t5=1,5 с;P1=8 кВт;P2=6 кВт;P3=0 кВт;P4=4 кВт;P5=3,5 кВт;n=750 об/мин;
Нагрузочная диаграмма:
Для неравномерной нагрузки определяем эквивалентную мощность, развиваемую асинхронным двигателем: 
Выбираем двигатель 4A132S6У3 со следующими параметрами:Pном=5,5 кВт;ωном=1000 об/мин;Mп/Mном=2;Mмакс/Mном=2,5;Sкр=0,36;
Находим номинальный момент двигателя:
Максимальный статический момент развиваемый в цикле нагрузки (на участке 1):
Необходимо учесть, что максимальный момент развивается на первом участке нагрузочной диаграммы. Значит, проверять перегрузку необходимо по максимально допустимому пусковому моменту.
Двигатель пригоден для работы по заданному циклу.
Определяем критический момент и строим механическую характеристику:
Механическая характеристика асинхронного двигателя M(s):
Г и Т-образные схемы замещения асинхронного двигателя.
Выписываем параметры схем замещения из справочника, при этом учитывая, что параметры даны уже приведённые.
Г-образная схема замещения асинхронного двигателя 
Т-образная схема замещения асинхронного двигателя
meandr.org
| Индивидуальная компенсация рекомендуется для двигателей большой мощности (кВА) по отношению к заявленной мощности установки. |
Из-за малого потребления активной мощности коэффициент мощности двигателя крайне низкий при холостом ходе или при малой нагрузке. Реактивный ток двигателя остается практически постоянным при всех нагрузках, так что на ряд ненагруженных двигателей приходится потребление реактивной мощности, которое лишь негативно сказывается на установке по причинам, описанным в предыдущих разделах.
Поэтому два хороших правила состоят в том, что ненагруженные двигатели следует отключать, а номинальные мощности двигателей не должны завышаться (поскольку это снизит их загрузку).
КБ должна подключаться непосредственно к зажимам двигателя.
Не рекомендуется применять компенсацию для специальных двигателей (шаговых, реверсивных и т.д.).
После применения компенсации для двигателя ток блока «двигатель-конденсатор» станет меньше, чем до компенсации при том же режиме нагрузки двигателя. Это вызвано тем, что значительная часть реактивной составляющей тока двигателя подается от конденсатора, как показано на рис. L23.
Если максимальная токовая защита двигателя расположена до соединения двигателя и конденсатора (это всегда так в случае подсоединения конденсаторов к зажимам), уставки реле защиты должны уменьшаться на отношение:
cos φ до компенсации/cos φ после компенсации
Для двигателей с компенсацией в соответствии со значениями квар, показанными на рис. L24 (максимальные значения, рекомендуемые для предотвращения самовозбуждения стандартных асинхронных двигателей, как обсуждается в подразделе Методы предотвращения самовозбуждения асинхронного двигателя), величины указанного выше отношения приведены для различных скоростей на рис. L25.
Рис. L23 : До компенсации трансформатор пропускает всю реактивную мощность, после компенсации конденсатор подает большую часть реактивной мощности
| 22 | 30 | 6 | 8 | 9 | 10 |
| 30 | 40 | 7,5 | 10 | 11 | 12,5 |
| 37 | 50 | 9 | 11 | 12,5 | 16 |
| 45 | 60 | 11 | 13 | 14 | 17 |
| 55 | 75 | 13 | 17 | 18 | 21 |
| 75 | 100 | 17 | 22 | 25 | 28 |
| 90 | 125 | 20 | 25 | 27 | 30 |
| 110 | 150 | 24 | 29 | 33 | 37 |
| 132 | 180 | 31 | 36 | 38 | 43 |
| 160 | 218 | 35 | 41 | 44 | 52 |
| 200 | 274 | 43 | 47 | 53 | 61 |
| 250 | 340 | 52 | 57 | 63 | 71 |
| 280 | 380 | 57 | 63 | 70 | 79 |
| 355 | 482 | 67 | 76 | 86 | 98 |
| 400 | 544 | 78 | 82 | 97 | 106 |
| 450 | 610 | 87 | 93 | 107 | 117 |
Рис. L24 : Максимальное значение квар индивидуальной компенсации реактивной мощности без риска самовозбуждения двигателя
| 750 | 0,88 |
| 1000 | 0,90 |
| 1500 | 0,91 |
| 3000 | 0,93 |
Рис. L25 : Коэффициент уменьшения для максимально токовой защиты после компенсации
| Если КБ подсоединяется к зажимам асинхронного двигателя, важно проверить, что его номинальное значение меньше значения, при котором возможно самовозбуждение. |
Двигатель с высокоинерционной нагрузкой будет продолжать вращаться (если специально не затормаживается) после отключения его питания.
«Магнитная инерция» цепи ротора означает создание ЭДС в обмотке статора на короткий период времени после отключения, которая уменьшиться до нуля через 1 или 2 периода в случае двигателя без компенсации.
Однако, подключенные конденсаторы создают трехфазную реактивную нагрузку для такой затухающей ЭДС, которая вызывает емкостные токи в обмотке статора. Такие токи в статоре создают вращающееся магнитное поле, которое действует точно по той же оси и в том же направлении, что и затухающее электромагнитное поле.
Как следствие, поток ротора увеличивается, токи статора увеличиваются, и напряжение на зажимах двигателя повышается иногда до опасно высокого уровня. Это явление известно как самовозбуждение и является одной из причин того, почему генераторы переменного тока, как правило, не работают при опережающих коэффициентах мощности, т.е. имеется тенденция к спонтанному (и неконтролируемому) самовозбуждению.
Примечания:
1. Характеристики двигателя, приводимого в движение инерцией нагрузки, не являются строго идентичными его характеристикам холостого хода. Однако, данное предположение является достаточно точным с практической точки зрения.
2. В двигателе, действующем в качестве генератора, циркулирующие токи являются в основном реактивными, так что эффект торможения (замедления) двигателя вызван главным образом только нагрузкой, представленной его охлаждающим вентилятором.
3. Ток (угол отставания почти 90°), потребляемый от источника питания ненагруженным двигателем в нормальных условиях, и ток (угол опережения почти 90°), подаваемый на конденсаторы двигателем, выступающим в качестве генератора, имеют одинаковое фазовое соотношение с напряжением на зажимах. Именно поэтому две характеристики могут налагаться на один график.
Для предотвращения самовозбуждения, как описывается выше, номинальная мощность (квар) блока конденсаторов должна ограничиваться следующим максимальным значением:
, где Io - ток холостого хода двигателя и Un - межфазное номинальное напряжение двигателя (кВ). На рис. L24 приводятся значения Qc, соответствующие данному критерию.
Пример:
Трехфазный двигатель, 75 кВт, 3000 об./мин, 400 В, может иметь блок конденсаторов не выше 17 квар согласно рис. L24. Табличные значения, как правило, слишком малы для соответствующей компенсации двигателя до нормально требуемого уровня cos φ. Однако, дополнительная компенсация может осуществляться, например, с помощью КБ централизованной компенсации, установленной на шинах ТП.
В любой установке с высокоинерционными нагрузками, приводимыми в действие двигателями, выключатели или контакторы, управляющие такими двигателями, должны быстро отключаться в случае полной потери электропитания.
Если не принять такой меры предосторожности, велика вероятность возникновения крайне высоких напряжений (из-за самовозбуждения), поскольку все другие КБ работают в сети параллельно с конденсаторами высокоинерционных двигателей.
Поэтому схема защиты таких двигателей должна содержать реле отключения по максимальному напряжению вместе с реле контроля обратной мощности (двигатель подает питание на остальное оборудование до рассеяния полученной инерциальной энергии).
Если мощность конденсаторов индивидуальной компенсации высокоинерционного двигателя, больше, чем рекомендованная на рис. L24, они должны управляться отдельно с помощью выключателя или контактора, который осуществляет отключение вместе с главным выключателем или контактором двигателя, как показано на рис. L26.
Включение главного контактора осуществляется после включения конденсаторов.
Рис. L26 : Подсоединение блока конденсаторов к двигателю
ru.electrical-installation.org
| Фиг. 7. Зависимость момента вращения асинхронного двигателя от |  |
Плавная посадка конструкции на место установки требует значительного снижения скорости ее опускания. У большинства кранов подъем и опускание груза осуществляется механизмом, представляющим собой обычную электрореверсивную лебедку с приводом от асинхронного кранового двигателя. Механические характеристики таких двигателей (зависимость частоты вращения от развиваемого момента п — f (М)) не позволяют получить малых скоростей посадки груза, так как изменение веса груза резко изменяет скорость опускания. Поэтому в механизмах подъема современных башенных кранов применяются специальные схемы управления электрооборудованием, дающие возможность изменить механическую характеристику привода и получить устойчивые низкие посадочные скорости при любых колебаниях нагрузки. [c.130]
Прямой пуск короткозамкнутых двигателей. Коротко-замкнутые асинхронные двигатели обычно пускаются непосредственно от сети на полное напряжение. Начальный пусковой момент М и начальный пусковой ток 1 короткозамкнутых двигателей при пуске под полным напряжением колеблются в зависимости от синхронной скорости вращения, мощности и формы исполнения ротора. [c.508]Асинхронные двигатели с фазным ротором (кривая 2 на рис. 109,6) имеют несколько большую массу, габариты и стоимость, зато потери энергии в обмотках при переходных процессах меньше, чем у двигателей с короткозамкнутым ротором. Поэтому их рационально применять при более напряженном режиме работы. Для этих двигателей применяют регулирование скорости путем изменения сопротивления (резисторов) включаемого в цепь ротора. В зависимости от значения сопротивления разгон двигателя осуществляется по одной из искусственных характеристик, представленных на рис. 110, поясняющем процесс разгона механизма. В начальный момент сила тока ограничена максимальным сопротивлением. Характеристика 1 двигателя наиболее крутая. Разгон двигателя происходит по линии а. . .б, где частота вращения его возрастает от нуля до щ. После это-, го сопротивление уменьшают и двигатель переходит на другую характеристику 2, по которой его разгоняют до частоты вращения П2- Затем снова сопротивление уменьшают, сила тока [c.286]
Отношение максимального крутящего момента к номинальному у двигателей серии МТ находится в пределах 2,5—3. поэтому двигатели могут надежно работать при некоторых колебаниях напряжения сети. Начальный пусковой момент двигателей МТК в 2,6—3,2 раза выше номинального. Асинхронный двигатель имеет достаточно жесткую характеристику — незначительно изменяет частоту вращения при изменении нагрузки. В пределах нормальной нагрузки и допустимых перегрузок между током двигателя и нагрузкой на валу существует следующая пропорциональная зависимость с увеличением нагрузки двигатель потребляет из сети больший ток и большую мощность. При работе вхолостую асинхронный двигатель потребляет из сети намагничивающий ток, необходимый для создания вращающегося магнитного поля. Намагничивающий ток у крановых двигателей переменного тока достигает 60—70% но.минального тока при ПВ 25%. [c.126]
Отношение максимального крутящегося момента к номинальному у двигателей серии МТ находится в пределах 2,5—3, поэтому они могут надежно работать при некоторых колебаниях напряжения сети. Начальный пусковой момент двигателей серии МТК в 2,6—3,2 раза выше номинального. Асинхронный двигатель имеет достаточно жесткую характеристику — мало изменяет частоту вращения при изменении нагрузки. В пределах нормальной нагрузки и допустимых перегрузок между током двигателя и нагрузкой на валу существует пропорциональная зависимость с увеличением нагрузки двигатель потребляет из сети больший ток и большую мощность. При работе вхолостую асинхронный двига-34 [c.34]
У всех электродвигателей, кроме синхронных, момент зависит от скорости вращения ротора. Зависимость Мд (Лд) называется статической механической характеристикой двигателя. На рис. 8.13 изображен примерный вид зависимости Мд (о>д) для наиболее распространенного трехфазного асинхронного двигателя с коротко-замкнутым ротором А и для двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением Ш. [c.273]
Момент асинхронного двигателя в зависимости от скольжения представлен на рис. 78 при трех значениях напряжения U- , (кривая /), (кривая 2) я и3 (кривая 5), причем Ui> Ug, а зависимость момента сопротивления движению вентилятора от частоты вращения изображена кривой 4. При напряжении Ui пусковой момент двигателя Мщ больше момента вентилятора при трогании Мпъ- Следовательно, пуск произойдет, и система двигатель-вентилятор будет ускоряться, пока моменты двигателя и вентилятора не уравняются в точке с координатами М , щ (sj). При напряжении пуск также произойдет (Мп2,> Мп , НО моменты уравняются при скольжении Sg, соответствующем малой частоте вращения Если напряжение снизится до значения 0 при работающем двигателе, его скольжение возрастет до значения Sj, а частота вращения соответственно снизится до значения Токи статора и ротора в этом режиме в несколько раз превышают номинальные значения. При напряжении и3 пуск не произойдет, так как М з двигатель остановится, и значения токов статора и ротора будут соответствовать режиму короткого замыкания. При напряжениях, близких к U , работа двигателя будет нестабильной, так как при небольших изменениях напряжения частота вращения будет изменяться от нуля до значения, близкого к п . [c.90]
Введение дополнительных (их называют пусковыми) сопротивлений изменяет механическую характеристику асинхронного двигателя. На рис. 60 показаны механические характеристики двигателя при различных сопротивлениях, введенных в цепь ротора. Характеристика ЗУ показывает зависимость движущего момента М двигателя от скорости вращения ротора п при полностью выведенных сопротивлениях из цепи ротора. Характеристика ЗУ присуща двигателю при включенном контакте ЗУ (см. ниже). Она называется естественной характеристикой двигателя. [c.118]
На рис. 2.2 схематически представлены механические характеристики асинхронного двигателя, выражающие зависимость частоты вращения от величины создаваемого момента Т (рис. 2.2, а) и зависимость Г от скольжения 5 (рис. 2.2,6). Буквами Т" ,м, и Гтах обозначены соответственно моменты номинальный, пусковой и максимальный относительное скольжение [c.24]
Систему дифференциальных уравнений (7) совместно с выражением (9) можно рассматривать как динамическую характеристику асинхронного двигателя. Нелинейность уравнений электромагнитных переходных процессов не позволяет представить связь между электромагнитным вращающим моментом и скоростью вращения ротора mi в виде дифференциальной или интегрально-дифференциальной зависимости. [c.312]
Основные характеристики асинхронных двигателей. При эксплуатации асинхронных двигателей большой интерес представляет изменение отдельных величин, характеризующих работу двигателя в зависимости от степени его загрузки, т. е. от механической нагрузки на валу двигателя. Эти зависимости получили название рабочих характеристик. К числу их могут быть отнесены следующие зависимость от нагрузки двигателя скорости его вращения п, к. п. д. Т1, коэффициента мощности os ф, вращающего момента Мер и тока в статоре двигателя /ь [c.225]
Работу асинхронного двигателя можно представить в виде механической характеристики, где показана зависимость момента М электродвигателя от скорости вращения п при изменении нагрузки на его валу. [c.13]
В современном краностроении применяют чаще всего электрооборудование трехфазного переменного тока. Это объясняется преимуществами машин переменного тока по сравнению с машинами постоянного тока меньше их масса, габариты и стоимость, выше КПД проще в обслуживании, долговечнее и надежнее двигателей постоянного тока. Но электродвигатели переменного тока хуже поддаются регулированию частоты вращения и развивают меньшие пусковые моменты. В зависимости от исполнения ротора различают асинхронные электродвигатели с фазным ротором, имеющим контактные кольца, и двигатели с короткозамкнутым ротором. Как было указано ранее, величиной, характеризующей работу асинхронного электродвигателя, является скольжение [c.167]
Асбоцемент — Коэффициент линейного расширения 17 Асинхронные двигатели — Созф — Зависимость от момента вращения 484 [c.702]
Зависимость движущего момента от частоты вращения ротора для двигателей называется механической характеристикой. Механическая характеристика лифтового асинхронного двигателя с короткоза.мкну-тым ротором показана на рис. 56. Через М обозначен движущий момент двигателя, а через п-частота вращения ротора, 1/с. [c.99]
На рис. 1.1 представлена характеристика асинхронного двигателя, выражающая зависимость частоты вращения вала двигателя от нагрузки, т. е, от величины вращающего момента. Здесь Мцом — номинальный вращающий момент Мцач (или нуск) — момент, развиваемый при пуске двигателя Мщах — максимальный момент (кратковременный) ом — номинальная частота вращения, об/мин п р— критическая частота вращения с — синхронная частота вращения (при отсутствии нагрузки), т. е. частота вращения магнитного поля, она зависит от частоты тока / и числа пар полюсов / [c.5]
Испытание коробки передач. Целью испытания коробок передач является проверка работы коробки на всех передачах без нагрузки и при постоянной нагрузке в соответствии с техническими условиями. Для испытания коробки передач под нагрузкой применяются различные стенды с электрическим, механическим и гидравлическим тормозами. Могут применяться также стенды с замкнутым силовым контуром и виброакустические. В качестве примера на рис. 185 показан стенд конструкции АКТБ для испытания под нагрузкой коробок передач автомобилей ЗИЛ. Тормозом служит асинхронный двигатель мощностью 17 кВт с фазным ротором, работающий в режиме генератора. Для регулирования тормозной мощности в цепь якоря включен жидкостный реостат. Нагрузочный электродвигатель с фазным ротором при помощи упругой муфты соединен со стендовой коробкой передач, предназначенной для сохранения постоянства частоты вращения 1500 об/мин) электродвигателя при работе испытуемой коробки на разных передачах. В зависимости от включенной передачи на вторичном валу будут создаваться различные тормозные моменты при этом приложенный момент на первичном валу будет оставаться постоянным на всех передачах и равным 15 кгс -м. Испытание коробки ведется при частоте вращения первичного вала 1460 об/мин. [c.441]
Одноякорный асинхронный П. ч а с т о т ы. Для преобразования энергии большей частоты в энергию меньшей, например 50 периодов в 42V2/можно воспользоваться индукционной машиной с многофазным ротором. Для этого статор ее-прршлючается к одной сети, а ротор—к другой. Необходимым условием работы является наличие во вторичной сети синхронной машины. Индукционная машина, приключенная к сетям, имеет двойное питание обе сети посылают в ее обмотки намагничивающий ток. В отличие от синхронного режима индукционного П. частоты величины напряжений сетей не находятся в какой-либо зависимости друг от друга. П. можно рас-сматривать как совмещение в одном корпусе двух индукционных машин простой, с первичной обмоткой на статоре, и обращенной,, с первичной обмоткой на роторе. В каждой обмотке протекают первичный то к и индуктированный другой обмоткой вторичный ток,. Обмотки П. приключаются к сетям так, что поля статора и ротора вращаются в разные стороны. При таком включении индукционная машина работает как совмещение двигателя, питаемого током большей частоты, и асинхронного генератора, дающего ток меньшей частоты. Обмотка, приключенная к первичной сети, создает момент вращения с индуктированными ею токами в другой обмотке этот момент преодолевает тормозной, момент вторичной обмотки, образованный [c.309]
При введении в цепь ротора дополнительных сопротивлений зависимость частоты вращения ротора от момента будет прямолинейной. Опыт показывает, что при изменении момента сопротивления в пределах от М = О до М = == 1,5Мном характеристики асинхронных двигателей прямолинейны и пересекаются в точке холостого (синхронного) хода (рис. 4.14). [c.168]Формирователь УФ выдает импульсный сигнал при прохождении сигнала дисбаланса через нулевое значение с плюсовой величины к минусовой. Этот импульсный сигнал управляет моментом работы исполнительного устройства или строболампы — при визуальном определении места дисбаланса. В ряде случаев он также используется в качестве сигнала скорости вращения детали. Вращение балансируемой детали осуществляется, в зависимости от типа изделия, с помощью ременной пере.тачп от двигателя постоянного тока, развернутого асинхронного статора или собственного привода. [c.441]
mash-xxl.info
