Чем создается электромагнитный (вращающий) момент асинхронного двигателя? Запишите выражение зависимости
и поясните физическую сущность. Запишите выражение зависимости
при
(акт.Rвторичн. обмотки +Rреостата). Запишите выражение расчетной формулы момента и поясните физическую сущность.
М - электромагнитный момент, создаваемый в результате взаимодействия вращающего магнитного поля с током в роторе. Электромагнитный момент двигателя должен уравновесить момент на валу – М2и момент холостого хода М = М2+ М0.
П
ояснение зависимости M = f(S):
1.Область от S = 0 Sкр
При малом скольжении X2S=Х2S0, тогда ток в роторе
активному току, с увеличением МВSФ=const
M
В области Mmaxначинает проявляться индуктивное сопротивление X2S. При Mmaxсамая большая
.
2.Область скольжений S = Sкр1
S
X2S
(угол сдвига)
M3.Ток, при S = 1 равен пусковому, который в 57 раз больше номинального. И момент равен начальному пусковому моменту.
4.При S = 0 ток I10, т.к. при S = 0 двигателем потребляется реакт. мощность для создания вращающего поля, кроме того, двигателем потребляется активная мощность на покрытие потерь в статоре.
При S = 0 ток ротора 
, т.к.
Кривая зависимости M = f(S) характеризуется тремя моментами: 1) пусковой момент Мппри S = 1; 2) максимальный момент МmaxSкр; 3) номинальный момент МНSН.
Отношение макс. (критического) момента к номинальному, называется перегрузочной способностью. 
Максимальный (критический) момент АМ
соотв. макс. моменту.
Зависимость электромагнитного момента от скольжения называется механической характеристикой. Из выражения видно, что электромагнитный момент асинхронного двигателя зависит от квадрата подведенного напряжения, т.е. если U уменьшить на 10%, то момент уменьшится на 19%.
Знак ‘+’ соотв-т двигат. режиму, ‘-‘ генерат. режиму.
. Из выражения Мкропр-тся квадратом напряж., не зависит от акт. сопр. роторной цепи, но влияет на его расположение. Если сопротивление рот. цепи, то Sкри кривая момента смещается вправо
,
Ч
ем больше акт. сопр. в роторной цепи, тем больше пуск. момент и меньше пуск. ток. Это ценное свойство используется в двигателях с фазным ротором.
Расчетная формула момента:
, показывает, что момент асинхронного двигателя пропорционален потоку и активной составляющей тока ротора.
Устройство и принцип действия машин постоянного тока
Э
ДС, наводимая в проводнике, получается за счет того, что проводник пересекает магнитное поле со скоростью
.
1.Неподвижная часть – индуктор создает магн.поток. К станине (1) крепятся шматованные полюса (2) на которых располагается обмотка возбуждения (3) (рис. 1).
ОВ создает магн. поток при протекании по ней постоянного тока.
2.Якорь (индуцируется ЭДС). Якорь вращается. Представляет собой цилиндр, набранный из листов электротехнической стали (4).В наружной части якоря расположены пазы, где укладываются секции обмотки (5). Каждая секция соединяется с пластинами коллектора (6).
К
служит для выпрямления переем. ЭДС в постоянную величину (режим генератора). Эта ЭДС снимается с помощью щеток (7), рис. 2. Рассмотримпринцип выпрямления: (рис.4). Виток подсоединен к двум кольцам и вращается в магнитном поле. При вращении витка в проводниках (1,2) будет наводиться переменная ЭДС (под северным полюсом одно направление, а под южным другое). Снятое со щеток напряжение будет иметь sin хар-р.
К
состоит из двух изолир-х между собой медных пластин, выполненных в форме полуколец, к которым присоединены концы витка обмотки якоря. Пластины коллектора соприкасаются с неподвижными контактными щетками, которые связаны с внешней электрической цепью. При работе К вращается вместе с витками обмотки якоря. Щетки устан-тся таким образом, что в то время, когда ЭДС витка меняет свой знак на обратный, коллект. пластина перемещается от одной полярности к другой, приходя в соприкосновение со щеткой другой полярности. В результате этого на щетках возникает пульсирующее напряжение, постоянное по направлению. Для внешней цепи «+» будет на нижней щетке, а «-» на верхней. При одном витке выпрямленная ЭДС будет иметь большую пульсацию.
При одном витке 
с ↑числа коллект-х пластин на полюс пульсация ЭДС↓: если
, то
. При
,
, то
, то
.4-6-4. Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока
Можно регулировать скорость за счет изменения сопротивления в цепи якоря, потока и подводимого напряжения. Это видно из формулы: 
4-6-5. Регулирование частоты вращения сопротивлением в цепи якоря.
У
равнения токов до и после введения сопротивления
,
, т. е. ток
и момент уменьшается (
) .При этом 
и скорость
уменьшается. С уменьшением скорости
ток якоря возрастает, и он достигнет исходного тока якоря, но при меньшей скорости
.
Переходный процесс показан на рис. 230.
Р
Но так как ток якоря протекает по Rр, то увеличиваются общие потери, и снижается кпд. При постоянном токе, за счет увеличения падения напряжения
, скорость двигателя уменьшается.
4-6-5-2. Регулирование частоты вращения за счет изменения потока.
Т
ок якоря до и после изменения потока
,
, их отношение
. Уравнение моментов
, т. е.
,
. Напряжение примем за единицу, тогда
. Ток якоря возрос в 3,3 раза, тогда 
, то
и
(возрастает). Переходный процесс представлен на рис. 232.
С увеличением скорости вращения, ток якоря будет уменьшаться, но он будет больше исходного
, т. к. уменьшен поток.
При уменьшении потока частота вращения возрастает, рис 233.
Как правило, регулирование частоты вращения изменением потока производят в сторону увеличения. В сторону уменьшения регулирования малоэффективно из-за насыщения магнитной цепи.
4-6-5-3. Регулирование частоты вращения изменением подводимого напряжения.
Регулирование частоты вращения изменением подводимого напряжения производится следующими способами:
А) Система генератор-двигатель (Г-Д).
Б) Тиристорный преобразователь-двигатель (ТП-Д).
В) Широтно-импульсное регулирование.
А) Система Г-Д, рис.234.
Увеличивая ток возбуждения генератора iвг, возрастает поток Фги Ег, а следовательно увеличивается напряжение на якоре двигателя и скорость возрастает. Регулирование происходит плавно при малых потерях энергии, рис. 234.
Эта система используется при большой мощности двигателя (подъёмники, прокатные станы, экскаваторы и т.д).
Б) Тиристорный преобразователь-двигатель.
В системе Г-Д используется большое число машин, что увеличивает стоимость установки и снижает надежность.
П
оэтому в последнее время для регулируемого напряжения все чаще используются статические преобразователи, рис.235.
Увеличивая угол управления 
- площадь полупериода уменьшается, уменьшается среднее значение напряжения -Uср, а следовательно уменьшается скорость вращения.
В) Широтно-импульсное регулирование.
И дея регулирования напряжения подводимого к двигателю заключается в том, что, изменяя длит
ельность подключения двигателя ключом (К) к сети, изменяется среднее значение напряжения, рис. 236. В качестве ключа используются схемы на базе тиристоров или транзисторов.
Изменяя время импульса tиизменяется скважность
,
где tи- время импульса;
tп- время паузы.
С
Рис. 236
реднее значениеUср=U0.
.
Как видим, изменяя среднее значение напряжения, можно регулировать частоту вращения двигателя. Эта система широко используется вместо контактарно-резисторных систем.
6. Синхронный двигатель. Пояснить устройство синхронного двигателя и принцип его работы. Поясните работу СД при недовозбужденнии и перевозбужденнии (ib=var), используя векторную диаграмму.
С
инхронной машиной переменного тока называется такая машина, скорость которой находится в строгой зависимости от частоты. Ротор вращается с такой же скоростью, что и поле статора. 
.
Статор (якорь) синхронной машины аналогичен асинхронной машине. Он набирается из листов электротехнической стали (1). В пазах статора расположены три фазы, сдвинутые относительно друг друга на 120 электрических градусов (2), (3) индуктор явнополюсной машины, (4) обмотка возбуждения, (5) контактные кольца. На роторе расположена обмотка возбуждения (2), которая питается от источника постоянного тока. Обмотку возбуждения в такой машине размещают в пазах сердечника ротора, выполненного из массивной стальной поковки высококачественной стали, и укрепляют немагнитными клиньями.
При мощности выше 300 КВт, синхронные двигатели имеют по сравнению с асинхронными большое преимущество, заключающееся в том, что благодаря возбуждению постоянным током они могут работать с cosφ= 1 и не потребляют при этом реактивной мощности из сети, а при работе с перевозбуждением даже отдавать реактивную мощность в сеть. В результате улучшается коэффициент мощности сети и уменьшается падение напряжения и потери в ней.
Из рис. 35-15 следует, что при непрерывном изменении тока возбуждения - 
ток
и
также беспрерывно изменяются, причем при некотором значении
величина
минимальна и
= 1, а при увеличении
(режим перевозбуждения) и уменьшении
(режим недовозбуждения) против указанного значения
величина тока
возрастает, так как растет его реактивная составляющая.
На рис. 35-16 представлен характер зависимостей 
при разных значениях
.
Минимальное значение 
для каждой кривой определяет активную составляющую тока якоря
и величину мощности
для которой построена данная кривая. Нижняя кривая соответствуетР = 0, причем
— значение тока возбуждения приЕ = U.
, E0sinθ=const, P=mUcIcosφ=const, Icosφ=Ia=const.
Правые части кривых соответствуют перевозбужденной машине и отдаче в сеть индуктивного тока и реактивной мощности, а левые части — недовозбужденной машине, отдаче в сеть емкостного тока и потреблению реактивной мощности. Точка А на рис. 35-16 соответствует холостому ходу невозбужденной машины. Если изменятьiB, то величина тока статораIбудет измен. по величине и по фазе, т.е. можно рег-тьcosφ. Это св-во и определяет использование СД. Выпускаются СД обычно с опережающимcosφ=0.8.При Ia=I1и будет минимальным. При этом режиме СД будет работать сcosφ=1 и реактивная мощность, не будет ни потребляться, ни отдаваться в сеть.
Асинхронный пуск двигателя. СД на время пуска превращается в асинхр. В пазах полюсных наконечников явнополюсного дв-ля помещается пуск. КЗ обмотка.
Ротор разгоняется до скольжения близкого к нулю (S=0,05), до подсинхр. скорости. На этом заканчивается первый этап.
Чтобы ротор дв-ля втянулся в синхронизм, необходимо создать в нем магнитное поле. Так как ротор разогнан до скорости близкой к синхронной, то относительная скорость поля статора и ротора небольшая. Полюса плавно притянутся, и ротор втянется в синхронизм. После чего ротор будет вращаться с синхронной скоростью, и частота вращения его будет постоянной (второй этап).
7. Потери в установившихся и переходных режимах электроприводов. Потери электроэнергии в установившемся режиме нерегулируемого и регулируемого электропривода.
Мощность потерь в нерегулируемом электроприводепри работе егов установившемся режимена естественной механической характеристике складывается измощности потерь в двигателе и в механических передачах от двигателя к рабочему органу, т.е.
, гдеKиV– постоянные и переменные потери в двигателе.
К постоянным потерямотносятся потери в стали, механические, а для двигателей постоянного тока независимого возбуждения и синхронных двигателей – еще и потери на возбуждение. Постоянные потери в действительности не являются постоянными, а изменяются при изменении скорости, напряжения и частоты сети.Переменные потери– это потери в обмотках, зависящие от тока нагрузки. Для двигателей постоянного тока
, для АД
, здесьx – кратность тока нагрузки.Переменные потери для различных двигателей
, а суммарные потери в двигателе
, где
- коэффициент потерь.Потери мощности и энергии в установившемся режиме регулируемого электропривода.
У ДПТс независимым возбуждением без большой ошибки можно принять, что механические потери Кми потери в сталиКсравны
, где(Км+Кс)н– механические потери и потери в стали при номинальной скорости. Переменные потери в якорной цепи
, где0р- скорость идеального холостого хода двигателя, соответствующая его регулировочной характеристике.
Суммарные потери в регулируемом приводе с двигателем независимого возбужденияс учетом потерь на возбуждениеКв 
. ВАДк постоянным потерямотносят механические потери Км, потери в стали статораКс1и ротораКс2, в меди статора от намагничивающего токаI, т.е.
.
Переменные потерив роторной цепиVротопределяются моментом и скольжением, а в статорной цепиVстатони зависят только от момента. Если регулирование осуществляется приМс=const, то потери в статоре постоянны, а в роторной цепи≡ S.
Потери энергии при переходных процессах в нерегулируемом электроприводе.
В общем случае суммарные потериэнергии в переходном процессе определяются выражением
, здесь∆Р–суммарные потери мощности, зависящие от нагрузки на валу, механической и электромагнитной инерции и ряда других факторов.
Мощность переменных потерь в якорной цепи ДПТ и роторе АД можно представить одним и тем же выражением и выражение потерь энергии записать в виде
С точки зрения уменьшения пусковых потерьв статоре целесообразно применять АД с повышенным скольжением, имеющее большееr2, а также к.з. АД с глубоким пазом, т.к. последние имеют повышенное сопротивление ротора.Ступенчатое изменениенапряжения у ДПТ. Потерь будет меньше, если медленно разгонять двигатель. Момент инерции меньше у двух двигателей по 50 кВт, чем у 1 – 100 кВт. При малых скоростях на жесткой характеристике.
При торможении под нагрузкой потери энергии меньше, чем при торможении вхолостую.
studfiles.net
Для каждого асинхронного двигателя может быть определен номинальный режим, т. е. режим длительной работы, при котором двигатель не перегревается сверх установленной температуры. Момент Мном, соответствующий номинальному режиму, называется. номинальным моментом. Соответствующее ему номинальное скольжение составляет для асинхронных двигателей средней мощности sH0M = 0,02…0,06, т.е. номинальная скорость nиом находится в пределах
nном=n0(1 — s0)= (0,94…0,98) п0.
Отношение максимального момента к номинальному км = = Mmах/Mном называется перегрузочной способностью асинхронного двигателя. Обычно кт = 1,8.. .2,5.
При пуске в ход, т. е. … при трогании с места и при разгоне, асинхронный двигатель находится в условиях, существенно отличающихся от условий нормальной работы. Момент, развиваемый двигателем, должен превышать момент сопротивления нагрузки, иначе двигатель не сможет разгоняться. Таким образом, с точки зрения пуска двигателя важную роль играет его пусковой момент.
Отношение пускового момента Мп развиваемого двигателем в неподвижном состоянии, т. е. при n = 0, к номинальному моменту kп= Мп/Мном называется кратностью пускового момента.
Максимальный момент Мтах называется критическим моментом асинхронной машины. Работа машины с моментом, превышающим номинальный, возможна лишь кратковременно, в противном случае срок службы машины сокращается из-за ее перегрева.
В результате взаимодействия вращающегося магнитного потока с токами, индуктированными им в проводниках роторной обмотки, возникают силы, действующие на эти проводники в тангенциальном направлении. Найдем значение момента, создаваемого этими силами на валу машины.
Электромагнитная мощность, передаваемая ротору вращающимся магнитным полем, ровна:
где Мэм — электромагнитный момент действующий на ротор.
В соответствии со схемой замещения одной фазы машины: 
Из этих выражений найдем: 
Учитывая действующий ток ротора, ЭДС, индуктивное сопротивление получим:
Введем постоянную 
и пренебрегая моментом трения, представим выражение момента на валу в виде: 
Если магнитный поток Ф выражен в веберах, ток I2— в амперах, то вращающий момент получится в ньютон-метрах (Нм).
Вращающий момент машины зависит от изменяющихся при нагрузке ф, I2и 
, но его можно представить в виде функции однойпеременной. В качестве такой переменной для асинхронного двигателя наиболее удобно выбрать скольжениеs.
 |
Согласно ранее изученным формулам:
Тогда 
Полагая, что частота сети неизменна введем
Получим следующее выражение для вращающего момента:
42. Энергетическая диаграмма АД.В электрической машине часть энергии теряется в виде тепла в различных частях — потери в обмотках, в стали, механические потери.
На диаграмме: Р1 — мощность, подводимая из сети. Основная часть её за вычетом потерь в статоре, передаётся электромагнитным путём на ротор через зазор; Рэм называется электромагнитной мощностью.
Потери в статоре складываются из потерь в обмотке и в стали:
Рис. 42. Энергетическая диаграмма АД.
рс1 и рс2. рс1 теряется на вихревые токи и перемагничивание сердечника. Потери в стали имеются и в сердечнике ротора, но они невелики и их можно не учитывать, т.к. n0 во много раз больше скорости магнитного потока относительно ротора n0 — n, если n соответствует устойчивой части естественной механической характеристики.
Механическая мощность, развиваемая на валу ротора, меньше Рэм на значение роб2потерь в обмотке ротораРмх = Рэм — роб2 Мощность на валу Р2 = Рмх — рмх , где рмх — мощность механических потерь, равная сумме потерь на трение в подшипниках, на трение о воздух и трение щеток о кольца.
Электромагнитная и механическая Р равныРэм = ω0М, Рмх = ωМ, где ω0 и ω — скорости синхронная и ротора, М — момент, развиваемый двигателей, т.е. момент, с которым вращающееся поле действует на ротор.
Добавочные потери обусловлены зубчатостью ротора и статора, вихревыми токами в различных узлах и другими причинами. При полной нагрузке потери Рд принимаются равными 0,5% его номинальной мощности.
К.п.д. двигателя: h = P2/P1 = [P1 — (роб + рс + рмх + рд )] / Р1 .
Т.к. общие потери зависят от нагрузки, то и КПД является функцией нагрузки. Машина конструируется так, чтобы максимум ее коэффициента полезного действия h имел место при нагрузке, несколько меньше номинальной. Для большинства двигателей к.п.д. равен 80-90%, а для мощных двигателей 90-96%.
43. Устройство синхронного двигателя. Схема замещения, уравнения энергетического состояния фазы обмотки статора, векторная диаграмма синхронного дв.Основными частями статора являются неподвижный пакет магнитопровода и трехфазная обмотка. Пакет магнитопровода изготовлен в виде полого цилиндра, набранного, так же как и магнитопровод трансформатора, из тонких листов электротехнической стали. Листы имеют форму колец с пазами, симметрично расположенными вдоль внутренней окружности. В пазы пакета статора уложены стороны многовитковых мягких катушек, образующих три фазы обмотки. Пакет статора с обмоткой запрессован в алюминиевый или чугунный корпус-оболочку, неподвижно закрепляемый при установке машины на фундаментной плите. С корпусом прочно соединены два боковых литых щита со сквозными центральными отверстиями для подшипников, в которых вращается вал ротора.
Начала и концы фаз обмотки статора присоединены к зажимам, расположенным в коробке выводов, укрепленной на корпусе. Большинство машин имеет коробку выводов с шестью зажимами, что позволяет соединять фазы обмотки треугольником или звездой.
Применяются два типа роторов синхронных машин — неявнопо-люсный, или с неявно выраженными полюсами, и ротор явнополюс-ный, или с явно выраженными полюсами. В первом случае сердечник ротора представляет массивное цилиндрическое тело из стали (бочка ротора), вдоль его поверхности выфрезерованы пазы, в которых закладывается обмотка возбуждения. Пазы и обмотка возбуждения размещаются так, чтобы получить по возможности синусоидальное распределение индукции в зазоре между сердечниками ротора и статора. Общий вид неявнополюсного ротора показан на рис.
Явнополюсный ротор состоит из массивного стального колеса, посаженного на вал. К его ободу по внешней поверхности крепятся стальные сердечники полюсов. Последние, а иногда и обод выполняются из листовой стали. Для малых машин и при не слишком большом числе полюсов вместо колеса на вал насаживается стальная втулка, к которой крепятся полюса. Обмотка возбуждения в виде катушек размещается на сердечниках полюсов. Такая конструкция ротора позволяет разместить на нем большое число полюсов, что необходимо для машин с небольшой скоростью вращения.
44. Регулирование реактивной мощности синхронного двигателя осуществляется изменением тока возбуждения Iв
1) Номинальный режим Iв= Iв ном. cosφ=1.
2) Iв< Iв ном cos φ<1
реактивная составляющая увеличивается, носит индуктивный характер-режим работы АСД
3) Iв> Iв ном cos φ<1
ток якоря увеличивается ,Емкостной характер
При этом способе реактивная мощность отдается в сеть ,что является большим плюсом.
Изменяя ток возбуждения меняем ток якоря.
45. Регулирование активной мощности синхронного двигателя осуществляется изменением угла согласования. При увеличении нагрузки угол увеличивается, при уменьшении- уменьшается. Угол рассогласования определяет перегрузочную способность двигателя. 
Отношение максимального момента к номинальному:
46. Устройство, принцип действия двигателя постоянного тока. Способы возбуждения. ЭДС обмотки якоря и электромагнитный моментУстройство и принцип действия двигателя постоянного тока Двигатель постоянного тока состоит из неподвижной части -статора и вращающейся части — якоря, разделенных воздушным зазором. К внутренней поверхности статора крепятся главные в добавочные полюсы. Главные полюсы с обмотками возбуждения служат для создания в машине основного магнитного потока Ф, а добавочные — для уменьшение искрения.
Якорь состоит из вала, сердечника, обмотки и коллектора. Коллектор содержит изолированные друг от друга медные пластины, которые соединяются с секциями обмотки якоря. На коллектор накладываются неподвижные щётки; соединяющие обмотку якоря с внешней электрической цепью. В результата взаимодействия тока якоря Iя И магнитного потока Ф создается вращающий момент, М=СмФIя , где См- постоянная момента, зависящая от конструктивных данных машины. Вращающий момент М, двигателя уравновешивается моментом сопротивления Мс рабочей машины. При вращении якоря с частотой n его обмотка пересекает магнитный поток Ф и в ней, согласно закону электромагнитной индукции, наводится противо-ЭДС E =СеФп , где Се _ конструктивная постоянная.
Напряжение на эажимаx якоря U равно сумме ЭДС и падения напряжения на сопротивлении якорной цепи U=E +RяIя=CеФn, откуда ток якоря Iя=(U-CеФn)/Rя, а частота вращения n=(U- RяIя)/ CеФ/
В зависимости от способа питания обмотки возбуждения генераторы постоянного тока бывают:
Рис. 50. Возбуждение генератора: а — независимое, б — параллельное, в — последовательное, г — смешанное.
При независимом возбуждении ОВ питается от постороннего источника. Применяется в случаях, когда необходимо в широких пределах регулировать ток возбуждения Iв и напряжение U на зажимах машины. Ток якоря равен току нагрузки Iя = Iн (рис. 50, а)
Генераторы с самовозбуждением имеют ОВ, питаемые от самого генератора.
При включении ОВ параллельно с обмоткой якоря имеем генератор с параллельным возбуждением (рис. 50, б), у которого Iя = Iн + Iв. У мощных машин нормального исполнения Iв обычно составляет 1-3%, а у малых машин — до нескольких десятков % от тока якоря. У генератора с последовательным возбуждением (рис. 50, в) ОВП включён последовательно с якорем, т.е.
Iя = Iн = Iв.
Генераторы со смешанным возбуждением имеют две обмотки возбуждения, ОВ включёна параллельно якорю, а другая ОВП — последователь но (рис. 50, г). Основной обычно является ОВ. ОВП подмагничивает машину при увеличении тока нагрузки, чем компенсируется падение напряжения U в обмотке якоря и размагничивающее влияние реакции якоря.
47. Нагрузочный режим двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением. Механическая характеристика.Подадим на зажимы неподвижного якоря напряжение. Напряжение вызовет ток в цепи якоря. При этом возникает электромагнитным момент. Этот момент начнёт вращать якорь, совершая механическую работу. Машина начнет работать в режиме электродвигателя. Чтобы преодолеть сопротивление механической нагрузки на валу, электродвигателя должен потреблять энергию из внешнего источника.
48. Способы пуска двигателя постоянного тока.Нормальная машина постоянного тока имеет цилиндрический ротор с обмоткой, называемый якорем, который вращается в неподвижном магнитном поле. В витках 1-3 и 2-4 обмотки якоря индуктируются переменные ЭДС и для получения постоянного направления тока i в сопротивлении нагрузки r, применяется коллектор К, состоящий из медных изолированных друг от друга пластин, образующих цилиндр, по которому скользят щетки а — B. Наличие коллектора, к пластинам которого присоединяются начала и концы витков обмотки якоря, является отличительной особенностью м. п. т. В положении на рисунке стороны 1-3 витка пересекают магнитные линии перпендикулярно, поэтому между щетками будет Емах.
Рис. 47. Схема генератора постоянного тока с двумя витками и четырьмя коллекторными пластинами.
refac.ru
Электрическая машина – трёхфазный асинхронный двигатель, предназначена для преобразования электрической энергии на входе в механическую энергию на выходе. Как и любое техническое устройство, асинхронный двигатель имеет КПД меньше единицы, так как часть энергии при преобразовании теряется на побочные эффекты, такие как трение, нагрев обмоток и сердечников, потери связанные с намагничиванием.
Получаемая на выходе механическая энергия всегда меньше подводимой электрической энергии, но никак не большее её. Одним словом, крутящий момент на валу ротора асинхронного двигателя не может быть больше чем значение потребляемой электрической мощности, делённое на угловую скорость магнитного поля создаваемого обмотками статора.
Реальная величина крутящего момента на валу двигателя без учёта потерь на трение, может быть получена, если из подводимой электрической мощности вычесть все потери, а вместо угловой скорости магнитного поля использовать угловую скорость вращения ротора, которая всегда немного меньше, чем скорость вращения магнитного поля статора.
Взгляните на диаграмму, в которой наглядно представлен расход электрической мощности при её преобразовании в механическую мощность при работе трёхфазного асинхронного двигателя.
Часть мощности теряется на статоре, и часть мощности теряется на роторе. Полученная механическая мощность на валу ротора частично расходуется на обдув двигателя с помощью вентилятора, а другая часть теряется на трении. Кроме этого существуют ещё другие незначительные паразитные потери мощности.
Для нашего расчёта крутящего момента вполне достаточно учесть три вида потерь, а именно:
В итоге конвертируемая мощность будет определяться следующим уравнением:
Каждая величина в уравнении рассчитывается исходя из эквивалентной схемы трёхфазного асинхронного двигателя (per phase equivalent circuit). Перейдя по ссылке – расчет эквивалентной схемы трёхфазного асинхронного двигателя, Вы сможете узнать, как его самостоятельно выполнить и, в итоге рассчитаете итоговую механическую мощность на выходе асинхронного двигателя. После этого достаточно просто выполнить расчёт крутящего момента, который образуется на валу двигателя. Для этого воспользуйтесь следующим уравнением:
Этот расчётный крутящий момент будет отличаться от фактического крутящего момента, потому как не учитываются потери механической мощности, такие как PF&W и Pstray.
Для полного расчёта необходимо брать механическую мощность на выходе POUT и угловую скорость вращения вала двигателя ωm. В этом случае уравнение имеет следующий вид:
Мощность на выходе равна:
Так как потери мощности как PF&W (обдув и трение) и Pstray (прочие паразитные потери) невелики в сравнении с PCONV, то ими можно пренебречь. Тогда мы можем использовать только конвертированную мощность PCONV. Учитывая, что имеется связь между ней и скольжением ротора в магнитном поле статора, а также связь с угловой скорости ротора ωm со скольжением, можно записать:
Что и приводит нас к уравнению следующего вида:
Этого вполне достаточно, чтобы аналитически рассчитать крутящий момент на валу трёхфазного асинхронного двигателя. Фактический крутящий момент можно узнать экспериментально, проведя серию измерений, и он не будет значительно отличаться от расчётного значения, потому как побочные потери, такие как PF&W и Pstray не велики.
Дата: 25.01.2016
© Valentin Grigoryev (Валентин Григорьев)
Тег статьи: Асинхронные двигатели
Все теги раздела Электротехника:Электричество Закон Ома Электрический ток Электробезопасность Устройства Биоэлектричество Характеристики Физические величины Электролиз Электрические схемы Асинхронные двигатели
www.electricity-automation.com
