Электромагнитный момент асинхронного двигателя переменного тока

Момент, развиваемый двигателем равен электромагнитной мощности, деленной на синхронную скорость вращения электропривода.

M = P_эм/ω₀

Электромагнитная мощность – это мощность, передаваемая через воздушный зазор от статора к ротору, и она равна потерям в роторе, которые определяются по формуле:

P_эм = m · I₂² · (r₂’/s)

m – число фаз.

M = M_эм = (Pm/ω₀) · (I₂’)² · (r₂’/s)

Электромеханической характеристикой асинхронного двигателя является зависимость I₂’ от скольжения. Но так как асинхронная машина работает только в качестве электродвигателя, основной характеристикой является механическая характеристика.

Упрощенное выражение механической характеристики:

M = Mэ_м = (Pm/ω₀) · (I₂’)² · (r₂’/s)

Подставив в это выражение значение тока, получим:

M = [P·3·U_ф²·(r₂’/s)] / [ω₀·[(r₁ + r₂’/s)² + (x₁ + x₂’)²]]

Будем считать, что m=3.

Ω = ω₀/p

Вместо ω₀ нужно подставить механическую скорость, в результате чего число пар полюсов сокращается.

Уравнение механической характеристики асинхронного двигателя:

M = [3·U_ф²·(r₂’/s)] / [ω₀·[(r₁ + r₂’/s)² + (x₁ + x₂’)²]]

При переходе асинхронного двигателя в генераторный режим, скорость вращения ω > ω₀ и скольжение становится отрицательным (s Когда скольжение изменяется от 0 до +∞, режим называется «режимом электромагнитного тормоза».

Задаваясь значениями скольжения от о до +∞, получим характеристику:

Кривые электромагнитного момента и токов асинхронной машины (полная механическая характеристика асинхронного двигателя).

Как видно из механической характеристики, она имеет два экстремума: один на отрезке изменения скольжения на участке от 0 до +∞, другой на отрезке от 0 до -∞.

dM/ds=0

M_max = [3·U_ф²·(r₂’/s)] / [2ω₀·[r₁ ± √(r₁² + (x₁ + x₂’)²)]]

+ относится к двигательному режиму.
– относится к генераторному режиму.

M_max=M_кр

M_кр – критический момент.

Скольжение, при котором момент достигает максимума, называется критическим скольжением, и оно определяется по формуле:

s_кр = ±[r₂’/(x₁+x₂’)]

Критическое скольжение имеет одинаковое значение и в двигательном и в генераторном режимах.

Величину M_кр можно получить, подставив в формулу момента значение критического скольжения.

Момент при скольжении равном 1 называется пусковым моментом. Выражение для пускового момента можно получить, подставив 1 в формулу:

M_п = [3·U_ф²·r₂’] / [ω₀·[(r₁ + r₂’)² + (x₁ + x₂’)²]]

Поскольку знаменатель в формуле момента максимального на несколько порядков больше U_ф, принято считать M_кр≡U_ф².

Критическое скольжение зависит от величины активного сопротивления обмотки ротора R₂’. Момент пусковой, как видно из формулы, зависит от активного сопротивления ротора r₂’. это свойство пускового момента используется в асинхронных двигателях с фазным ротором, у которых пусковой момент увеличивают путем введения активного сопротивления в цепь ротора.

7.4 Электромагнитный момент и механическая характеристика асинхронного двигателя

Электромагнитный
момент создается взаимодействием тока
в обмотке ротора с вращающимся магнитным
полем. Электромагнитный момент М
пропорционален
электромагнитной мощности и определяется
по формуле

– угловая синхронная
скорость вращения.

Зависимость
момента от скольжения – механическая
характеристика
асинхронной машины. Механическая
характеристика имеет максимум.

На
рисунке 7.2 показана механическая
характеристика асинхронной машины,
где указаны зоны, соответствующие
различным режимам работы:

Для
анализа работы асинхронного двигателя
удобнее воспользоваться механической
характеристикой
,
представленнойна
рисунке 7.3.

При
включении двигателя в электрическую
сеть, магнитное поле статора, не обладая
инерцией, сразу же начинает вращение
с синхронной частотой n₁
, в то же время ротор двигателя под
влиянием сил инерции в начальный момент
пуска остается неподвижным ()
и скольжение s = 1.

Выражение
пускового момента асинхронного
двигателя:

Под
действием этого момента начинается
вращение ротора двигателя, при этом
скольжение уменьшается, а вращающий
момент возрастает в соответствии с
характеристикой M
= f(s). При
критическом скольжении s_кp
момент достигает максимального значения
М_mах.
С дальнейшим нарастанием частоты
вращения момент М начинает убывать,
пока не достигнет установившегося
значения.

Рисунок
7.3 – Зависимость электромагнитного
момента АД от скольжения

Из
анализа механической характеристики
следует, что устойчивая
работа
асинхронного
двигателя возможна при скольжениях
меньше критического (),
то есть на участке ОА механической
характеристики. Работа асинхронного
двигателя становитсянеустойчивой
при скольжениях
.
Так, если электромагнитный момент
двигателяМ=M_max,
a скольжение s=s_кр,
то даже незначительное увеличение
нагрузочного момента, вызвав увеличение
скольжения s
приведет к уменьшению момента М.
За этим
последует дальнейшее увеличение
скольжения до s
=1, то есть
пока ротор не остановится. При достижении
электромагнитным моментом максимального
значения наступает
предел
устойчивой работы
асинхронного
двигателя.

Для
надёжной работы асинхронного двигателя
необходимо, чтобы он обладал перегрузочной
способностью. Перегрузочная способность
определяется отношением максимального
момента
к номинальному моментуи составляет для двигателей общего
назначения

Работа
двигателя при скольжении
s < s_кр,
т. е. на рабочем участке механической
характеристики, является наиболее
экономичной, так как она соответствует
малым значениям скольжения, а,
следовательно, меньшим значениям
электрических потерь в обмотке ротора.

Пуск
асинхронного двигателя сопровождается
переходным процессом, обусловленным
переходом ротора, и механически связанных
с ним частей исполнительного механизма,
из состояния покоя в состояние
равномерного вращения, когда вращающий
момент двигателя уравновешивается
суммой противодействующих моментов,
действующих на ротор двигателя.

Пусковые
свойства двигателя определяются
значениями пускового тока
пускового моментаМ_п.

Двигатель,
обладающий хорошими пусковыми свойствами,
развивает значительный пусковой момент
при сравнительно небольшом пусковом
токе. Однако получение такого сочетания
пусковых параметров в асинхронном
двигателе сопряжено с определенными
трудностями, а иногда оказывается
невозможным. Пусковой ток может превышать
номинальный в 5-7 раз, что неблагоприятно
влияет на работу как самого двигателя,
так и других потребителей за счет
снижения напряжения сети, что уменьшает
пусковой момент и увеличивает время
пуска. Для улучшения пусковых свойств
необходимо предпринять меры для
увеличения пускового момента с
одновременным ограничением пускового
тока.

Различают несколько
способов пуска асинхронных двигателей:

1.
Прямой
пуск
– прямым
включением в сеть на полное номинальное
напряжение двигателя – применяется
для большинства двигателей малой
и средней мощности с
короткозамкнутым ротором.

Этот
способ пуска, отличаясь простотой,
имеет существенный недостаток: в момент
подключения двигателя к сети в обмотке
статора возникает большой пусковой
ток, в 5-7 раз превышающий номинальный
ток двигателя. При небольшой инерционности
исполнительного механизма частота
вращения двигателя быстро достигает
установившегося значения и пусковой
ток спадает, не вызывая перегрева
обмотки статора. Но такой значительный
бросок тока в питающей сети может
вызвать падение напряжения.

2.
Пуск
при пониженном напряжении
–
применяется
для двигателей с короткозамкнутым
ротором при отсутствии нагрузки на его
валу. Для понижения напряжения при
пуске обмотки статора переключают из
схемы соединения «треугольник» на
схему соединения «звезда», что приводит
с уменьшению напряжения на обмотке в
раз. При этом пусковой ток и вращающий
момент уменьшаются в три раза.

Универсальным
является способ пуска понижением
подводимого к двигателю напряжения
посредством дросселей, а также пуск
двигателя через автотрансформатор. В
последнем случае пусковой ток двигателя,
измеренный на выходе автотрансформатора,
уменьшается на коэффициент трансформации
автотрансформатора.

3.
Пуск
с помощью пускового реостата,
включенного в цепь ротора, применяется
только для двигателей с фазным ротором.
Трехфазный пусковой реостат, включенный
по схеме «звезда» включают последовательно
с обмоткой ротора через щетки и кольца,
в результате сопротивление цепи ротора
увеличивается, а пусковой ток уменьшается.
Изменение сопротивление пускового
реостата обеспечивает разгон двигателя
при максимальных моментах, что важно
при пуске двигателя под нагрузкой.

Недостатками
пусковых свойств двигателей с фазным
ротором являются сложность,
продолжительность и неэкономичность
пусковой операции.

Кроме
пусковых значений тока и момента
пусковые свойства двигателей оцениваются
еще и такими показателями: продолжительность
и плавность пуска; сложность пусковой
операции и экономичность (стоимость и
надежность пусковой аппаратуры).

Электромагнитный крутящий момент и мощность | bartleby

Что такое электромагнитный момент?

Электромагнитный крутящий момент — это крутящий момент, необходимый для запуска вращения двигателя, и он обычно равен крутящему моменту нагрузки. Выходной электромагнитный момент (момент, создаваемый якорем на воздушном зазоре) представляет собой момент нагрузки на холостом ходу, а момент нагрузки равен электромагнитному моменту. Из-за электромагнитной силы электрический крутящий момент представляет собой круговое движение. Крутящий момент – это радиальная сила от оси вращения. Это векторное векторное произведение радиуса и векторов силы.

Что такое электромагнитная энергия?

Несущая энергия электромагнитной волны определяется как электромагнитная мощность. Поскольку магнетизм — это форма энергии, отраженная или излучаемая объектами, которая может путешествовать в пространстве в виде электрических волн и магнитов. Электромагнитная мощность создается энергией, которая течет в волне, и переносимая таким образом энергия пропорциональна квадрату амплитуды волны. Примеры такой несущей способности волн включают радиоволны, микроволны, инфракрасный свет, видимый свет (все цвета спектра, которые мы видим), ультрафиолетовый свет, рентгеновские лучи и гамма-лучи.

Типы электромагнитного крутящего момента

Четыре типа крутящего момента в двигателе: крутящий момент с заблокированным ротором (LRT), тяговый момент (PUT), опрокидывающий крутящий момент (BDT) и крутящий момент при полной нагрузке (FLT).

Полная нагрузка Против. Скорость двигателя

Крутящий момент с заблокированным ротором

Крутящий момент с заблокированным ротором (LRT) — это крутящий момент, создаваемый двигателем, ротор которого неподвижен и к двигателю прилагается полная мощность. Первый крутящий момент, также известный как крутящий момент заблокированного ротора, представляет собой крутящий момент двигателя каждый раз, когда он запускается с ограниченным напряжением и частотой. Это крутящий момент, создаваемый, когда мощность подается на двигатель в состоянии покоя, т. Е. Когда синхронный двигатель приводится в действие при полном напряжении, а вал закрыт на месте. Это крутящий момент, используемый для начала ускорения нагрузки. Крутящий момент заблокированного ротора автомобиля является важным фактором. Крутящий момент с заблокированным ротором — это электрический крутящий момент двигателя, который увеличивается, когда он находится в состоянии покоя или при нулевой синхронной скорости. Величина тока блокировки ротора определяется мощностью синхронного двигателя и конструктивными особенностями. Вот некоторые важные моменты для крутящего момента ротора:

• Устройства плавного пуска с пониженным напряжением: Они используются для ограничения пускового тока, чтобы уменьшить крутящий момент заблокированного ротора или пусковой крутящий момент, и часто используются в системах, запуск которых затруднен или требует тщательного контроля, таких как исправные транспортные насосы, ящики, лифты и т. д.

• Короткозамкнутый ротор: Короткозамкнутый ротор состоит из плакированного металлом в центре с равномерно расположенными медными стержнями или алюминиевыми стержнями, размещенными в осевом направлении в окружающей области, постоянно укороченными на концах кольцами .

• Ротор с обмоткой: Ротор представляет собой стальной цилиндр с изгибом в 3 градуса, равномерно разнесенный на 120 градусов и соединенный Y-образной подвеской.

• Неявнонаправленный ротор: Цилиндрический ротор изготовлен из прочной стали с промежутками по внешней длине цилиндра для удержания обмотки возбуждения ротора с медными стержнями с лентой, вставленными в промежутки и защищенными клиньями.

Тяговый момент (PUT)

Подтягивающий момент — это небольшой крутящий момент, создаваемый электродвигателем переменного тока при переходе от нулевой скорости к полной нагрузке (до того, как он достигнет точки останова крутящего момента).

Опрокидывающий крутящий момент (BDT)

Опрокидывающий крутящий момент — это максимальный крутящий момент, доступный до того, как крутящий момент падает по мере того, как электрическая машина разгоняется до рабочих условий.

Крутящий момент при полной нагрузке (FLT)

Крутящий момент при полной нагрузке требует, чтобы ограниченная мощность электромобилей вырабатывалась на скорости с полной нагрузкой.

Измерение электромагнитного момента

Крутящий момент — это мера силы, которая может заставить элемент вращаться вокруг оси. Мощность — это то, что заставляет объект ускоряться в линейной кинематике. Кроме того, крутящий момент является причиной углового ускорения. Следовательно, крутящий момент может быть описан из-за равенства вращения линейной мощности. Точка, в которой вращается элемент, является осью вращения. В физике крутящий момент — это просто тенденция к повороту или скручиванию.

Электромагнитный крутящий момент

Простой способ расчета крутящего момента состоит в том, чтобы сначала определить плечо рычага, а затем умножить его на мгновенное приложение силы. Крутящий момент зависит от значения силы и вертикального расстояния между точкой и коэффициента приложенной силы. Следовательно, математический крутящий момент выражается следующим образом:

τ=F r sin θ

Направление крутящего момента

Плотность энергии электромагнитной волны

Рассмотрим магнитное поле, которое распространяется в расслабленной атмосфере в положительном направлении оси x. Электрическое поле связано с волновыми изменениями в направлении y, а магнитное поле чередуется в направлении z. Электрическое и магнитное поля математически представлены в форме косинуса:

Eyx, t=E0 cos kx-ωtBzx, t=B0 cos kx-ωt

Энергия, запасенная в любой части электрической волны, представляет собой сумму электрических плотность энергии и магнитное поле. Количество энергии, хранимой в объеме, представляет собой количество электрической энергии (U), которое представляет собой общее количество электрической энергии (U _E ) и плотность энергии магнитного поля (U _B ).

Обобщение феноменологических уравнений для электромагнитных полей в сверхпроводниках основано на алгебраическом пространстве-времени.

Определение плотности магнитного поля, в котором 𝜇 ₀ — проницаемость в свободном пространстве, а 𝜺 ₀ — диэлектрическая проницаемость в свободном пространстве, уравнение для единицы мощности Джм3.

U=UB+UE=121μ0B2+ε0E2

Различия между электромагнитной мощностью и электромагнитным моментом

• Мощность — это количество энергии, потребляемой в единицу времени, а крутящий момент — это уровень электричества, действие которого может вращаться вокруг объекта.
• Единица силы представляет собой второй объем, а единица крутящего момента равна объему. Единицей мощности в системе СИ является ватт, а единицей крутящего момента в системе СИ является ньютон-метр.
• Электроэнергия является результатом работы генератора или батареи, а мощность электрической машины увеличивается за счет выполнения работы.
• Крутящий момент возникает, когда энергия прикладывается к объекту или телу.

Распространенные ошибки

Помните, что крутящий момент электродвигателя пропорционален выходной мощности магнитного потока и току якоря. Механический крутящий момент или момент нагрузки пропорционален произведению силы на расстояние. Ток и напряжение синхронного двигателя изменяются в зависимости от используемого момента нагрузки. Когда синхронный двигатель работает стабильно, ток и напряжение якоря не изменяются, а электрический крутящий момент равен и противоположен механическому крутящему моменту. Итак, здесь механический момент равен вращению линейной силы. В зависимости от исследования его также называют моментом, моментом силы, вращающей силой или точкой поворота. Идея механического крутящего момента возникла из исследований Архимеда по использованию рычагов.

Контекст и приложения

В каждом из экспертных экзаменов для студентов и аспирантов эта тема огромна и в основном преподается в

• Бакалавр технологии в области электротехники и электроники
• Бакалавр наук в области физики
• Магистр Физика

• Электромагнитное излучение
• Механический крутящий момент

Практические задачи

Q1. Для крутящего момента T=BIAcosθ найдите угол, при котором крутящий момент минимален.

1. 30
2. 45
3. 60
4. 90

Правильный вариант: (D)

Объяснение: . Кручок петли -дирижации дается T = bia cos θ. Минимальный крутящий момент относится к нулевому крутящему моменту. Это возможно только тогда, когда угол равен 90° или перпендикулярен, так как это делает член cos90=0.

Q2. Значение мощности, генерируемой волной, когда ее компонент H составляет 0,75 единицы.

1. 141,375
2. 444,832
3. 233,975
4. 567,223

Правильный вариант:

В воздушной среде η=377, при этом H=0,75. A

Подставьте значения и решите как

 P=377×0,7522P=141,375 ед. Определить мощность волны с напряженностью поля 8 в воздухе.

1. 0.05
2. 0.02
3. 0.08
4. 0.09

Правильный вариант: (c)

Объяснение:

Замените значения E=8 и η=377 воздуха.

Решите для мощности

 P=822×377P=0,08 ед.

Q4. Предположим, что электрическое поле имеет напряженность 5 единиц и плотность поля 7 единиц. Найдите мощность, приходящуюся на единицу скорости волны.

1. 90
2. 66
3. 35
4. 19

Правильный вариант: (c)

Объяснение: Скорость мощности на единицу — это продукт электрического поля и Dyensity. Решите как

Pv=E.dPv=5×7Pv=35 единиц

Q5. Учтите, что средняя мощность волны равна 10 единицам, а волна имеет поверхностную плотность 0,2 единицы. Определить полную мощность волны.

1. 2.2
2. 2.0
3. 2.4
4. 2.5

Правильный вариант: (б)

Полная формула is. Подставляем значения Pavg=10 и ∫ds=0,2, общая мощность равна 2 единицам.

Мы предоставим вам пошаговые решения для миллионов задач из учебников, круглосуточную помощь экспертов в данной области, если вы в затруднении, и многое другое.

Ознакомьтесь с примером решения вопросов и ответов по электротехнике здесь!

*Время ответа зависит от темы и сложности вопроса. Среднее время отклика составляет 34 минуты для платных подписчиков и может быть больше для рекламных предложений.

Анализ электромагнитного момента для асинхронных двигателей с новой конструкцией ротора без перекоса

Чтобы прочитать полную версию этого содержания, выберите один из вариантов ниже:

Амир Дарьязини
(Иранский университет науки и технологий, Тегеран, Иран)

Аболфазл Вахеди
(Кафедра электротехники, Иранский университет науки и технологий, Тегеран, Иран)

Амин Нобахари
(Школа электротехники, Иранский университет науки и технологий, Тегеран, Иран)

Сабер Гарехсейед
(Иранский университет науки и технологий, Тегеран, Иран)

COMPEL — международный журнал по вычислениям и математике в электротехнике и электронной технике.

ISSN :
0332-1649

Дата публикации статьи: 19 ноября 2021 г.

Дата публикации номера: 11 января 2022 г.

Загрузки

1

Аннотация

Назначение

Пульсирующие крутящие моменты вызывают ряд проблем в электрических машинах, включая механические вибрации, акустический шум и износ механического оборудования. В асинхронных двигателях метод перекоса пазов является эффективным способом решения этих проблем; однако он имеет некоторые недостатки, такие как падение выходного момента, усиление паразитных потерь из-за межстержневых токов и увеличение потерь в стали. Кроме того, перекос пазов может оказаться нецелесообразным в асинхронных двигателях с более высокими характеристиками. В связи с этим в данной статье в качестве возможной альтернативы конструкциям с перекосом представлена ​​модифицированная конструкция ротора без перекоса (MNSR).

Конструкция/методика/подход

Предлагаемая конструкция включает двухсекционный ротор с промежуточным кольцом между частями ротора, установленными на валу с относительным углом смещения. Подробная информация об идее и устройстве МРНР, а также об аспектах его изготовления будет представлена ​​во втором разделе статьи. Во-первых, принцип работы предлагаемой конструкции описывается с помощью аналитических уравнений, чтобы дать представление о концепции. Затем угол смещения будет рассчитан путем анализа гармонического состава электромагнитного крутящего момента. Наконец, достоверность аналитического метода будет проверена путем разработки трехмерных моделей конечных элементов.

Выводы

Показано, что при использовании предложенной конструкции ротора пульсация крутящего момента была снижена до удовлетворительного уровня без существенного влияния на средний крутящий момент, в отличие от метода перекоса. Кроме того, новый метод может устранить недостатки метода перекоса, улучшая при этом другие характеристики двигателя, такие как потери в железе. Также общий объем МНСР равен исходному проекту, а разница в массе и материалах также незначительна.

Оригинальность/ценность

В этой статье MNSR вводится как возможная альтернатива асимметричным шаблонам. Исследование в основном было сосредоточено на характеристиках профиля электромагнитного крутящего момента, то есть на увеличении среднего крутящего момента и уменьшении пульсаций. Структура MNSR может использоваться для общих целей и высокопроизводительных приложений, особенно там, где требуются отличные характеристики крутящего момента.

Ключевые слова

• Ротор без перекоса
• Асинхронные двигатели
• Электромагнитный крутящий момент
• Электрическая машина
• Метод конечных элементов
• Расчет крутящего момента

Цитата

Дарджазини, А.