0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Вращающий момент механическая характеристика асинхронного двигателя

Механические характеристики асинхронного двигателя

Единственным переменным параметром в выражении (5.17) является скольжение s. Зависимость М = f(s) получила механической характеристики двигателя (рис. 5.9, а).

Рис. 5.9. Механические характеристики асинхронного двигателя: а) – зависимость вращающего момента двигателяМ от скольжения s;

б) – зависимость частоты вращения ротора двигателя n от вращающего момента M.

В момент пуска двигателя скорость вращения ротора равна нулю, скольжение s = 1 и пусковой момент Мп может быть вычислен по выражению

Под действием пускового момента ротор придет во вращение, при этом скольжение будет уменьшаться, а вращающий момент увеличиваться. Максимальный или критический вращающий момент найдем, взяв производную по скольжению от правой части уравнения (5.17) и приравняв ее к нулю. Если для упрощения выкладок пренебречь величиной R1, что возможно, т.к.она намного меньше величины , то получим выражение для критического значения скольженияsкр, при котором вращающий момент будет максимальным.

(5.18)

Подставив (5.18) в (5.17) получаем выражение для расчета максимального вращающего момента асинхронного двигателя.

Критический момент разделяет механическую характеристику двигателя на устойчивую часть от s=0 до s=sкр и неустойчивую часть от

s = sкрдо s= 1. В пределах устойчивой части характеристики при возрастании нагрузки возрастает скольжение и увеличивается вращающий момент, восстанавливая динамическое равновесие моментов на валу двигателя. Но, как только тормозящий момент превысит значение критического момента двигателя, дальнейшее возрастание скольжения будет уменьшать вращающий момент и двигатель остановится.

Номинальная нагрузка двигателя соответствует номинальному вращающему моменту Мном и номинальному скольжению sном (рис. 5.9,а). Отношение максимальному моменту к номинальному называется перегрузочной способностью двигателяkm.

Отношение пускового момента к номинальному называется кратностью пускового момента.

Эта величина может быть меньше единицы (например, 0,8) или больше ее (до 1,2). При кратности пускового момента меньше единицы следует включать двигатель в работу без нагрузки и подключать ее только после разгона двигателя. Двигатель с кратностью пускового момента больше единицы можно включать в сеть при полной нагрузке.

Механической характеристикой двигателя также называется зависимость скорости его вращения от вращающего моментаn = f (M) (рис. 5.9 б), которая может быть получена из кривой М=f(s) , т.к. n обратно пропорциональна s: n = (1-s) n.

Приs = 0 n = n, априs = 1 n = 0, M = Mп.

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2021 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.001 с) .

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

, а ,

– 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:

, Н·м,

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 sкp момент достигает максимального значения Мmах. 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=Mmax, a скольжение s=sкр, 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 33 / 66 33 34 35 36 37 38 39 40 41 > Следующая > >>

Вращающий момент механическая характеристика асинхронного двигателя

§ 108. Вращающий момент асинхронного двигателя

Принцип действия асинхронного двигателя, как указывалось, основан на взаимодействии вращающегося поля и тока, индуктированного этим полем в обмотке ротора.

Читать еще:  Чем заклеить трещину в поддоне двигателя

В результате взаимодействия магнитного потока Φ с током I2, протекающим в проводниках обмотки ротора, возникают электромагнитные силы, приводящие ротор во вращение.

Поэтому вращающий момент, создаваемый на валу двигателя, зависит от величины тока ротора I2 и от магнитного потока Φ.

Кроме того, на величину вращающего момента асинхронного двигателя влияет сдвиг фаз Ψ2 между током I2 и э.д.с. ротора. Для уяснения влияния cos Ψ2 рассмотрим картину электромагнитных сил, действующих на проводники ротора.

Рассмотрим сначала случай, когда индуктивность обмотки ротора мала и поэтому сдвигом фаз между током и э.д.с. можно пренебречь (рис. 255, а). Вращающееся магнитное поле статора здесь заменено полем полюсов N и S, вращающимся, предположим, по направлению часовой стрелки. Пользуясь правилом «правой руки», определяем направление э.д.с. и токов в обмотке ротора. Токи ротора, взаимодействуя с вращающимся магнитным полем, создают момент вращения. Направления сил, действующих на проводники с током, определяются по правилу «левой руки». Как видно из чертежа, ротор под действием электромагнитных сил будет вращаться в ту же сторону, что и само вращающееся поле, т. е. по часовой стрелке.


Рис. 255. Электромагнитные силы, действующие на проводники ротора: а — при отсутствии индуктивности, б — при наличии индуктивности

Рассмотрим второй случай, когда индуктивность обмотки ротора относительно велика. В этом случае сдвиг фаз между током ротора I2 и э.д.с. ротора будет также значительным. На рис. 255, б магнитное поле статора асинхронного двигателя по-прежнему показано в виде вращающихся по направлению часовой стрелки полюсов N и S. Направление индуктированной в обмотке ротора э.д.с. остается таким же, как и на рис. 255, а, но вследствие запаздывания тока по фазе максимум тока I2 наступает позднее, чем максимум э.д.с.

На рис. 255 показано направление индуктированных токов в отдельных проводниках ротора в рассматриваемый момент времени, а также направления отдельных электромагнитных сил, действующих на проводники. Если Ψ2 = 0, то все электромагнитные силы будут действовать согласованно. При большем Ψ2 часть электромагнитных сил создают вращающий момент, направленный по часовой стрелке, а остальные силы — против часовой стрелки.

Магнитный поток Φ не зависит от скорости вращения ротора n. Следовательно, вращающий момент М пропорционален только активной составляющей тока ротора I2 cos Ψ2. Индуктивное сопротивление ротора Х2 = 2πfL2, а следовательно, и величина cos Ψ2 зависят от частоты тока ротора f2 и поэтому с изменением нагрузки на валу ротора изменяется не только величина тока I2, но и величина cos Ψ2. Таким образом, изменение вращающего момента, развиваемого двигателем, с изменением скорости вращения (и скольжения) определяется одновременно как изменением тока I2, так и изменением cos Ψ2.

На основании математического анализа и экспериментального исследования можно построить график зависимости вращающего момента асинхронного двигателя М от скольжения S (рис. 256). Так как каждому значению S соответствует определенное значение n = n (1 — S), то указанный график можно представить и как зависимость вращающего момента от скорости n. Зависимость между вращающим моментом М и скольжением S называется механической характеристикой двигателя (рис. 256).


Рис. 256. Механические характеристики асинхронного двигателя

На кривой А видно, что в начальный момент пуска, когда S = 1 и n = 0, вращающий пусковой момент двигателя относительно невелик. Это объясняется тем, что в момент пуска частота тока в обмотке ротора наибольшая и индуктивное сопротивление обмотки велико. Вследствие этого cos Ψ2 имеет малое значение (около 0,1-0,2). Поэтому, несмотря на большую величину пускового тока, пусковой вращающий момент будет наибольшим. По мере разгона двигателя скольжение уменьшается.

При некотором скольжении S1, называемом критическим, вращающий момент двигателя будет иметь максимальное значение. При дальнейшем уменьшении скольжения (или, иначе говоря, при дальнейшем увеличении скорости вращения двигателя) вращающий момент будет быстро уменьшаться и при скольжении S = 0 момент двигателя будет равен нулю. Этот режим соответствует идеальному холостому ходу, когда двигатель не нагружен, а механическими потерями (на трение) можно пренебречь.

Пусковой момент можно увеличить, если в момент пуска уменьшить сдвиг фаз между током и э.д.с. ротора. Если увеличить активное сопротивление цепи ротора, то угол Ψ2 уменьшится, что приведет к тому, что cos Ψ2 и вращающий момент двигателя станут больше.

Этим пользуются на практике для увеличения пускового вращающего момента двигателя. В момент пуска в цепь ротора вводят активное сопротивление (пусковой реостат), которое затем выводят по мере разгона двигателя.

Увеличение пускового момента приводит к тому, что максимальный вращающий момент двигателя получается при большем скольжении (точка S2 кривой В на рис. 256). Путем увеличения активного сопротивления цепи ротора при пуске можно добиться того, что максимальный вращающий момент будет в момент пуска (S = 1 кривой С).

Читать еще:  Как установить двигатель чемпион на крота

Вращающий момент, развиваемый асинхронным двигателем, как указывалось, зависит от величины магнитного потека Φ. При снижении приложенного напряжения U1 уменьшается магнитный поток Φ, а следовательно, и вращающий момент, развиваемый двигателем при данной скорости вращения.

Теория и практика показывают, что вращающий момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату напряжения, поэтому даже небольшое уменьшение напряжения сети сопровождается резким уменьшением момента.

Кривая А называется естественной механической характеристикой, а кривые В и С — реостатными механическими характеристиками асинхронного двигателя.

Работе двигателя с номинальной нагрузкой соответствует точка N на кривой A.

При скольжении Sн двигатель развивает номинальный момент Mн.

Ранее было указано, что путем увеличения активного сопротивления цепи роторной обмотки можно увеличить вращающий момент двигателя. Можно было бы сделать роторную обмотку большего сопротивления, но это вызвало бы значительный нагрев обмотки и уменьшение к.п.д. двигателя. Для улучшения пусковых характеристик асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором применяют двигатели с двумя короткозамкнутыми обмотками на роторе и двигатели с глубоким пазом.

Двигатель с двумя клетками (короткозамкнутыми обмотками) был предложен Доливо-Добровольским. На роторе такого двигателя помещают две клетки (рис. 257): одну — пусковую, имеющую большое активное сопротивление и малое индуктивное сопротивление, и другую — рабочую, обладающую наоборот, малым активным сопротивлением и большим индуктивным сопротивлением.


Рис. 257. Двуклеточный ротор: а — общий вид ротора с частичным разрезом, б — разрез паза; 1 — нижняя рабочая клетка, 2 — верхняя пусковая клетка

Стержни пусковой клетки изготовляют обычно из латуни. Материалом рабочей клетки служит медь. Сечение рабочей клетки делается больше сечения пусковой клетки. В результате подбора материала и сечения клеток активное сопротивление пусковой клетки получается в четыре — пять раз больше сопротивления рабочей клетки.

Как видно на рис. 257, б, между стержнями пусковой и рабочей обмоток имеется узкая щель, размеры которой определяют индуктивность нижней рабочей клетки. Рассмотрим работу двуклеточного двигателя.

Индуктивность рабочей клетки больше, так как она сцеплена с большим числом магнитных линий.

В момент пуска двигателя, когда частота токов ротора равна частоте сети, индуктивное сопротивление этой клетки особенно велико. Благодаря этому сдвиг фаз между током рабочей клетки и э.д.с., индуктированной в ней, будет большим, а момент вращения, создаваемый клеткой, — малым. Ввиду большого активного сопротивления и малой индуктивности верхней пусковой клетки ток и э.д.с., индуктированные в ней, будут незначительно сдвинуты по фазе, и вращающий момент, развиваемый пусковой клеткой, будет большим. Следовательно, при пуске вращающий момент двигателя получается преимущественно за счет пусковой клетки.

С увеличением скорости двигателя частота токов ротора уменьшается, индуктивное сопротивление клеток оказывает на работу двигателя все меньшее влияние и поэтому распределение токов в клетках определяется только их активным сопротивлением. Но, как было указано выше, активное сопротивление рабочей клетки в несколько раз меньше сопротивления пусковой клетки. Поэтому при нормальной работе двигателя большая часть тока проходит по рабочей клетке и вращающий момент получается преимущественно за счет рабочей клетки.

На рис. 258 показана зависимость вращающего момента двигателя с двуклеточным ротором от величины скольжения. На диаграмме кривая 1 показывает изменение момента, создаваемого пусковой обмоткой, кривая 2 — изменение момента, создаваемого рабочей обмоткой. Сумма мгновенных значений моментов двух обмоток дает кривую М момента двуклеточного двигателя.


Рис. 258. Кривые моментов двигателя с двуклеточным ротором

Более простым в изготовлении является ротор, у которого обе клетки заливают алюминием. На рис. 259 показаны внешний вид и частичный разрез ротора с двойной литой алюминиевой клеткой.


Рис. 259. Ротор с двойной алюминиевой клеткой

Двуклеточный двигатель дороже асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором обычной конструкции на 20-30%. Наши заводы изготовляют двуклеточные двигатели от 5 до 2000 квт.

Наряду с двуклеточным двигателем применяются двигатели с глубоким пазом (рис. 260). Отношение длины паза к ширине берется в пределах 10-12. Нижняя часть паза сцеплена с большим числом магнитных линий, чем верхняя часть паза. Вследствие этого индуктивное сопротивление нижней части паза больше, чем верхней, в особенности в момент пуска. Это приводит к вытеснению тока ротора в верхнюю часть стержней обмотки. Плотность тока в верхних слоях стержня увеличивается, что равносильно уменьшению сечения стержней и увеличению активного сопротивления обмотки. Это, как известно, приводит к увеличению вращающего момента двигателя. Кроме того, увеличение индуктивного и активного сопротивления обмотки ротора вызывает уменьшение пускового тока. С увеличением скорости двигатель приобретает свойства, соответствующие его обычной конструкции.

Читать еще:  Возможные неисправности двигателя зил 131


Рис. 260. Ротор с глубоким пазом: а — общий вид с частичным разрезом, б — разрез паза

В табл. 11 приведены пусковые характеристики двигателя с короткозамкнутым ротором нормального исполнения, двуклеточного двигателя и двигателя с глубоким пазом. Пусковые свойства даются в виде отношения пускового тока Iп к номинальному току Iн и в виде отношения пускового момента Мn к номинальному моменту Мн.


Таблица 11. Пусковые характеристики двигателей с короткозамкнутым ротором

Электромагнитный вращающий момент асинхронного двигателя

Электромагнитный вращающий момент асинхронного двигателя

Электромагнитный вращающий момент асинхронного двигателя. Электромагнитный момент асинхронного двигателя создается взаимодействием вращающегося магнитного поля машины и тока Ротора. Величину этого момента можно определить по электромагнитной силе я ^〜 iost: M =где yo-угловая скорость синхронизации. b2o Как видно из Формулы (3.3), n = sopz1 M = M0 | M2 = Mst-чистая мощность двигателя P2 = M & (7.30)) Здесь-угол поворота скорости вращения ротора. Мощность на холостом ходу Po = Rms * + RDO B = M0Y. (7.31) Общая мощность машины, развиваемая роторами、 PmxP2 =(Mi + Mg) = = Λ1. (7.32) Как видно из энергетического рисунка, потери мощности Ротора медные(рисунок 7.5)、 Rm2 = Ram-Rmx = LSh-M = M (a0-P)= «• = MPo ° -= rem$ = MJoh. (7.33) 12o Учитывая равенство(7.28)、 (7.34)) MI ^ = m11r ^ r2 М = tx1g ’* yy’ / $ Oo (7.35 утра).

Поскольку величина электромагнитного момента пропорциональна мощности напряжения, приложенного к двигателю, следовательно, асинхронные двигатели очень чувствительны к изменениям напряжения. Людмила Фирмаль

  • Откуда он взялся Получить зависимость момента от напряжения клемм статора и параметров двигателя、 Используя L-образную эквивалентную схему (рис. 7.4), из которой следует текущее значение =. C V(Cr1 + C * Gg ’/ 8) * +(Cx1 + & b’)* ’ Отсюда (7.36)) Я / = UTO + SG7 / 5U2 +(x%+ Cxg ’)* 0. = 2л ^ 60. 60. _ п 2л /( M =получается Т ^ зыы / г 2π&[(r,+ Cl> ’/ x) 2+(A-1 b C * a’)*] сказал он. 31. (7.37)) Подставим значение и величину 1g из уравнения (7.35) в уравнение момента (7.35 Выражение этого момента полезно для анализа работы двигателя. Это связано с тем, что 6 = soP51 содержит практически только 1 переменную (slip 5 Из Формулы (7.37), 5 = const!

B ’ ^ const зависимость M = 1 ($)!И/ 1 = sop $ 1 показано на рисунке. 7.6.Из графика видно, что на старте(5 = 1; n = 0) двигатель генерирует пусковой момент Mn, и его значение можно получить, подставив 5 = 1 в Формулу (7.37). Когда M больше, чем статический момент, двигатель rotates. In в этом случае с увеличением скорости вращения (уменьшением на 5) электромагнитный момент возрастает, достигая максимального значения М при некотором скольжении 5 К, что называется критичностью, и момент уменьшается до тех пор, пока МСТ не уравновесится. А если приравнять его к нулю、 (США ’S / T» = 0 1.После преобразования Критическое значение скольжения$ » можно найти, используя производную уравнения момента(7.37), но、 (7.38) Y G1 * +(X1 + CX2′) 2 Подставляя значение формулы (7.37), можно увидеть максимальный крутящий момент.

    При анализе уравнений (7.38) и(7.39) можно сделать вывод, что критическое скольжение$пропорционально активному сопротивлению Ротора, не зависит от напряжения i] 1, а максимальный крутящий момент пропорционален напряжению 2 мощности и не зависит от активного сопротивления Ротора. I tkr1)? ’»1 ^ ——-• 4Я / 1 [Г1+УП * + (дг1 + сх2/) 2] Таким образом, увеличение активного сопротивления роторной цепи (возможно при асинхронном двигателе с фазным ротором за счет включения дополнительного активного сопротивления в роторную цепь), изменение его значения максимального значения характеристики M = /($) сдвигает в сторону большего проскальзывания. Рис. 7.7.Кривая М= / (5) добавлено активное сопротивление различных цепей Ротора: / d1 Людмила Фирмаль

  • Для двигателей, широко используемых, перегрузочная способность Из векторной диаграммы электродвигателя можно получить значения электромагнитных моментов, представленных потоком и током Ротора (рис. 7.3) ИГ? R ’ / 5 = Er so5 fg. Если вы присвоите значение 1πЫ/ $выражению (7.35), вы получите: M = CO5 ^ 2. 12o 2л [( ^ L / 1 Е * = 4№№ Ф* *и Йо =так、 П.. 4.44 t / A01I) 1/,/?Частотная модуляция、 M = 7 / 2СО $ 4 ′ 2 = 2L / 1 (7.40 утра )) = !Yy m ^ o ^ / e / g ’Fm C05 |)2 = CM / 2, FM C05 4’2、 2 вечера Где см = м ^ оч2 вечера Выражение (7.40) показывает, что M зависит от величин Φ,/ 2 и soo 1 ^ 2.

Образовательный сайт для студентов и школьников

Копирование материалов сайта возможно только с указанием активной ссылки «www.lfirmal.com» в качестве источника.

© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector