Общая электротехника Однофазный переменный ток Трехфазные цепи Машины постоянного и переменного тока Трансформаторы и выпрямители Электроника Теория электросвязи Анализ электрических цепей Мощность трехфазной цепи

Примеры выполнения курсовых работ по электротехнике и электронике

Механические характеристики асинхронного двигателя

Эксплуатационные параметры асинхронного двигателя наглядно иллюстрируются механическими характеристиками.

Механические характеристики М=f(S) и n2=f(M) могут быть рассчитаны и построены в соответствии с уравнением

, (168)

где М – вращающий момент; U1Ф – фазное напряжение статорной обмотки; S – скольжение; R1, X1 – значения активного и индуктивного сопротивлений статорной обмотки;   – приведенные значения активного и индуктивного сопротивлений роторной обмотки; f1 – частота напряжения питания статорной обмотки; р – число пар полюсов;  – угловая скорость вращения магнитного поля.

По зависимости М=f(S) легко построить характеристику n2=f(M). Помимо понятий активной и реактивной мощностей в электротехнике широко используется понятие полной мощности

Для построения механической характеристики по уравнению (168) необходимо произвести расчет параметров электрической цепи обмоток статора и ротора. Для расчета эти данные можно найти лишь в полных каталогах асинхронных машин.

В эксплуатационных условиях для расчета и построения механических характеристик по паспортным данным пользуются упрощенной формулой

,  (169)

где Мкр – критический (максимальный) вращающий момент, который может развивать двигатель; Sкр – скольжение, соответствующее критическому моменту.

Мкр=λ·Мн,  (170)

где λ – коэффициент перегрузки по моменту; Мн – номинальный момент двигателя.

, (171)

где Р2н – номинальная мощность двигателя на валу в кВт; n2н – номинальная частота вращения ротора в .

Скольжение, соответствующее критическому моменту,

.  (172)

Зная Мкр и Sкр и задаваясь значениями скольжения S в пределах от 0 до 1, по уравнению (169) рассчитывают и строят механическую характеристику двигателя М=f(S).

Механическую характеристику n2=f(M) (рис. 64) можно получить из характеристики М=f(S), учитывая, что

n2=n1(1–S), (173)

где n1 – частота вращения магнитного поля.

 


Рис. 64. Механическая характеристика асинхронного двигателя

На графике механической характеристики (см. рис. 64) можно выделить четыре основные точки: 1) S=0, n2=n1, M=0; 2) S=Sн, n2=n2н, M=Mн; 3) S=Sкр, n2=n2кр, M=Mкр; 4) S=1, n2=0, M=Mп (Mп – пусковой момент).

Точка 1 соответствует режиму идеального холостого хода, когда отсутствует момент сопротивления на валу двигателя, возникающий за счет полезной нагрузки, трения в подшипниках, сопротивления воздуха.

Точка 2 соответствует номинальному режиму работы двигателя.

Точка 3 соответствует критическому режиму, когда двигатель развивает максимально возможный момент. При увеличении момента нагрузки двигатель выходит из рабочего режима и останавливается.

Точка 4 соответствует пусковому режиму двигателя.

Ток ротора по закону Ома определяется выражением

,  (174)

где Е2 – ЭДС ротора; R2 и Х2 – соответственно активное и индуктивное сопротивления обмотки ротора.

Х2, как и Е2, достигает наибольшего значения Х2к в момент пуска при S=1, т.е.

Х2=S∙Х2к. (175)

С учетом уравнений (167) и (175) выражение (174) примет вид

,  (176)

где Х2к – приведенное индуктивное сопротивление ротора.

Из уравнения (176) видно, что ток I2 достигает наибольшего значения при S=1, т.е. в момент пуска двигателя.

Линейный участок механической характеристики, на котором n2кр<n2<n1, является рабочим (см. рис. 64). Участок механической характеристики, на котором 0<n2<n2кр, характеризует изменение вращающего момента и частоты вращения ротора при пуске двигателя.

Механическая характеристика асинхронного двигателя при отсутствии добавочных сопротивлений в цепи ротора называется естественной. При введении в цепь фазного ротора добавочных сопротивлений механические характеристики будут искусственными (рис. 65).

 


Рис. 65. Естественная (1) и искусственные (2, 3)

механические характеристики асинхронного

двигателя (Rд2>Rд1)

Для искусственных механических характеристик уравнение (169) примет вид

,  (177)

где Sкр.и – критическое скольжение на искусственной характеристике.

,  (178)

где Sкр – критическое скольжение на естественной характеристике; R2 – активное сопротивление фазы обмотки ротора; Rд – добавочное сопротивление в цепи фазы обмотки ротора.

Как видно из уравнения (178), с введением добавочного сопротивления возрастает Sкр.

Добавочное сопротивление в цепи ротора в соответствии с законом Ома уменьшает ток ротора I2. Но, так как, согласно уравнению (175), индуктивное сопротивление ротора Х2 в момент пуска (S=1) имеет наибольшее значение (cosφ2 очень мал), введение добавочного (активного) сопротивления в цепь ротора приводит к значительному увеличению cosφ2 и, следовательно, согласно выражению (164), к увеличению пускового момента.

Таким образом, при введении в цепь ротора добавочных сопротивлений уменьшается частота вращения ротора, увеличиваются скольжение и пусковой момент (см. рис. 65).

Асинхронные двигатели имеют небольшой пусковой момент по сравнению с двигателями постоянного тока. Для увеличения пускового момента асинхронного двигателя в цепь ротора включают добавочные пусковые сопротивления, которые по мере увеличения частоты вращения выводят из цепи ротора.

При пуске ток двигателя составляет Iп=(5–7)Iн, по мере увеличения частоты вращения ток уменьшается (рис. 66).

 


Рис. 66. Графики изменения тока и частоты вращения ротора

при пуске асинхронного двигателя

При пуске двигателя за счет введения добавочных (пусковых) сопротивлений в цепь фазного ротора (рис. 67) снижается величина пускового тока до заданной кратности.

Рис. 67. Схема асинхронного двигателя с фазным ротором

при введенных в цепь ротора пусковых сопротивлениях

По мере разбега путем последовательного выведения ступеней пускового сопротивления (замыканием контактов К1, К2, К3) достигается номинальная частота вращения двигателя.


Преимущества цифровой обработки сигналов