Mechanické vlastnosti motoru se nazývá závislost otáček rotoru na kroutícím momentu na hřídeli n = f (M2). Protože moment naprázdno je při zatížení malý, M2 ≈ M a mechanická charakteristika je reprezentována závislostí n = f (M). Vezmeme-li v úvahu vztah s = (n1 - n) / n1, pak lze mechanickou charakteristiku získat uvedením její grafické závislosti v souřadnicích n a M (obr. 1).
Rýže. 1. Mechanické vlastnosti asynchronního motoru
Přirozená mechanická charakteristika indukčního motoru odpovídá hlavnímu (certifikačnímu) obvodu jeho zapojení a jmenovitým parametrům napájecího napětí. Umělé vlastnosti jsou získány, pokud jsou zahrnuty jakékoli další prvky: rezistory, reaktory, kondenzátory. Když je motor napájen jiným než jmenovitým napětím, charakteristiky se také liší od přirozených mechanických charakteristik.
Mechanické charakteristiky jsou velmi pohodlným a užitečným nástrojem pro analýzu statických a dynamických režimů elektrického pohonu.
Hlavní body mechanických charakteristik: kritický skluz a frekvence, maximální moment, rozběhový moment, jmenovitý moment.
Mechanická charakteristika je závislost točivého momentu na prokluzu, nebo jinými slovy na počtu otáček:
Z výrazu 
je jasné, že tato závislost je velmi složitá, protože, jak ukazují vzorce) 
A 
, klouzání je také zahrnuto ve výrazech pro já 2
A cos? 2. Mechanické charakteristiky asynchronního motoru jsou obvykle uvedeny graficky
Výchozí bod charakteristiky odpovídá n= 0 a s= 1: toto je první okamžik nastartování motoru. Hodnota počátečního momentu Mn - velmi důležitá charakteristika provozních vlastností motoru. Li Mn malý, menší než jmenovitý provozní moment, lze motor nastartovat pouze naprázdno nebo s odpovídajícím snížením mechanického zatížení.
Označme symbolem Mnp protipůsobící (brzdný) moment vznikající mechanickým zatížením hřídele, na kterém se motor spouští. Zřejmou podmínkou pro nastartování motoru je: Mn > Mnp . Pokud je tato podmínka splněna, rotor motoru se začne pohybovat, jeho otáčky budou n se zvýší a skluz s pokles. Jak je vidět z obrázku výše, točivý moment motoru se zvyšuje od Mn až do maxima Mm , odpovídající kritickému skluzu s kp proto se také zvyšuje nadbytečný dostupný výkon motoru, určený rozdílem točivého momentu M A Mnp .
Čím větší je rozdíl mezi dostupným točivým momentem motoru (možný pro daný skluz podél provozní charakteristiky) M a odporující M np , čím snazší je režim startování a tím rychleji motor dosáhne ustálených otáček.
Jak ukazují mechanické charakteristiky, při určitém počtu otáček (at s = s kp) dostupný moment motoru dosahuje maxima možného pro daný motor (při daném napětí U ) hodnoty Mt . Dále motor dále zvyšuje rychlost otáčení, ale jeho dostupný točivý moment rychle klesá. Při nějakých hodnotách n A s točivý moment motoru se rovná protimotoru: start motoru končí, jeho otáčky jsou nastaveny na hodnotu odpovídající poměru:
Tento poměr je povinný pro všechny režimy zatížení motoru, tedy pro všechny hodnoty Mnp v rámci maximálního dostupného točivého momentu motoru M t . V rámci těchto limitů se motor sám automaticky přizpůsobuje všem výkyvům zatížení: pokud se během provozu motoru jeho mechanické zatížení na okamžik zvýší M n.p. bude větší točivý moment vyvinutý motorem. Otáčky motoru začnou klesat a točivý moment se zvýší.
Rychlost otáčení bude nastavena na novou úroveň odpovídající rovnosti M A Mnp . Když se zatížení sníží, proces přechodu do nového režimu zatížení se obrátí.
Pokud je moment zatížení Mnp překročí M t , motor se okamžitě zastaví, protože s dalším snižováním otáček se točivý moment motoru snižuje.
Proto maximální točivý moment motoru M T také nazýván převrácený nebo kritický okamžik.
Pokud v momentálním vzorci 
nahradit:
pak dostaneme:
Vezmeme-li první derivaci M když ji vyrovnáme nule, zjistíme, že maximální hodnota točivého momentu nastane za podmínky:
tedy s takovým klouzáním s = s kp , při kterém se činný odpor rotoru rovná indukční reaktanci
Hodnoty s kp u většiny asynchronních motorů se pohybují od 10 do 25 %.
Pokud ve vzorci točivého momentu napsaného výše, místo aktivního odporu r 2 nahraďte induktivní vzorcem
Maximální točivý moment asynchronního motoru je úměrný druhé mocnině magnetického toku (a tedy druhé mocnině napětí) a nepřímo úměrný rozptylové indukčnosti vinutí rotoru.
Když je napětí dodávané do motoru konstantní, jeho průtok F zůstává prakticky beze změny.
Svodová indukčnost obvodu rotoru je také prakticky konstantní. Když se tedy změní aktivní odpor v obvodu rotoru, maximální hodnota točivého momentu Mt se nezmění, ale nastane při různých skluzech (se zvýšením aktivního odporu rotoru - při velkých hodnotách skluzu).
Je zřejmé, že maximální možné zatížení motoru je určeno jeho hodnotou Mt . Pracovní část charakteristiky motoru spočívá v úzkém rozsahu otáček od n, odpovídající Mt , před. Na n = n 1 (charakteristický koncový bod) M = 0, protože při synchronních otáčkách rotoru s = 0 a já 2 = 0.
Jmenovitý točivý moment, který určuje jmenovitý výkon motoru, se obvykle rovná 0,4 - 0,6 Mt . Asynchronní motory tedy umožňují krátkodobá přetížení 2 - 2,5krát.
Hlavním parametrem charakterizujícím pracovní režim asynchronního motoru je skluz s - relativní rozdíl mezi otáčkami rotoru motoru n a jeho polem n o: s = (n o - n) / n o .
Oblast mechanických charakteristik odpovídající 0 ≤ s ≤ 1 je oblast režimů motoru a při s< s кр работа двигателя устойчива, при s >s cr - nestabilní. Když s< 0 и s >1 kroutící moment motoru směřuje proti směru otáčení jeho rotoru (rekuperační brzdění, resp. protiiniciační brzdění).
Stabilní část mechanických charakteristik motoru je často popsána Klossovým vzorcem nahrazením parametrů nominálního režimu, do kterého lze určit kritický skluz scr:
,
kde: λ = M kp / M n - přetížitelnost motoru.
Mechanickou charakteristiku podle referenční knihy nebo katalogu lze přibližně sestrojit pomocí čtyř bodů (obr. 7.1):
Bod 1 - ideální volnoběžné otáčky, n = n o = 60 f / p, M = 0, kde: p - počet pólových párů magnetického pole motoru;
Bod 2 - jmenovitý, režim: n = n n, M = M n = 9550 P n / n n, kde P n je jmenovitý výkon motoru v kW;
Bod 3 - kritický režim: n = n cr, M = M cr =λ M n;
Bod 4 - režim startu: n = 0, M = M start = β M n.
Při analýze chodu motoru v rozsahu zatížení do Mn a mírně více lze stabilní úsek mechanické charakteristiky přibližně popsat rovnicí přímky n = n 0 - vM, kde koeficient „b“ lze snadno určit pomocí dosazením parametrů nominálního režimu n n a M n do rovnice.
Návrh vinutí statoru. Jednovrstvé a dvouvrstvé smyčkové vinutí.
Na základě konstrukce cívek se vinutí dělí na volná vinutí s měkkými cívkami a vinutí s tvrdými cívkami nebo polovičními cívkami. Měkké cívky jsou vyrobeny z kruhového izolovaného drátu. Aby získaly požadovaný tvar, jsou nejprve navinuty na šablony a poté umístěny do izolovaných lichoběžníkových drážek (viz obr. 3.4, PROTI, G a 3,5, PROTI); při instalaci vinutí se instalují mezifázové izolační rozpěrky. Poté se cívky v drážkách zpevní pomocí klínů nebo krytů, dostanou konečný tvar (vytvarují se přední části), vinutí se opáskuje a naimpregnuje. Celý proces výroby náhodných vinutí může být zcela mechanizován.
Pevné cívky (půlcívky) jsou vyrobeny z obdélníkového izolovaného drátu. Před umístěním do drážek získávají svůj konečný tvar; Současně se na ně aplikuje plášťová a mezifázové izolace. Cívky jsou pak umístěny do předizolovaných otevřených nebo polootevřených slotů , zesílené a impregnované.
1. Jednovrstvé vinutí- nejvhodnější pro mechanizovanou instalaci, protože v tomto případě musí být vinutí soustředné a umístěno ve statorových drážkách na obou stranách cívky současně. Jejich použití však vede ke zvýšené spotřebě drátu vinutí v důsledku značné délky předních částí. Navíc u takových vinutí není možné zkracovat rozteč, což vede ke zhoršení tvaru magnetického pole ve vzduchové mezeře, zvýšení dodatečných ztrát, výskytu poklesů mechanických charakteristik a zvýšené hlučnosti. Vzhledem k jejich jednoduchosti a nízké ceně jsou však taková vinutí široce používána v asynchronních motorech s nízkým výkonem do 10-15 kW.
2. Dvouvrstvé vinutí- umožňují zkrátit rozteč vinutí o libovolný počet zubových dělení, čímž zlepšíte tvar magnetického pole vytvářeného vinutím a potlačíte vyšší harmonické EMF křivky. U dvouvrstvých vinutí se navíc získá jednodušší tvar koncových spojů, což zjednodušuje výrobu vinutí. Taková vinutí se používají u motorů s výkonem nad 100 kW s tuhými cívkami, které se kladou ručně.
Vinutí statoru. Jednovrstvé a dvouvrstvé vlnové vinutí
Ve štěrbinách jádra statoru je umístěno vícefázové vinutí, které je připojeno k síti střídavého proudu. Vícefázová symetrická vinutí s počtem fází T zahrnout T fázová vinutí, která jsou spojena do hvězdy nebo mnohoúhelníku. Takže například v případě třífázového vinutí statoru počet fází t = 3 a vinutí mohou být zapojena do hvězdy nebo trojúhelníku. Fázová vinutí jsou od sebe přesazena o úhel 360/ T kroupy; pro třífázové vinutí je tento úhel 120°.
Fázová vinutí jsou vyrobena ze samostatných cívek zapojených sériově, paralelně nebo sériově paralelně. V tomto případě pod cívka se týká několika sériově zapojených závitů statorového vinutí, umístěných ve stejných štěrbinách a majících společnou izolaci vzhledem ke stěnám štěrbiny. Ve své řadě cívka uvažují se dva aktivní (tj. umístěné v samotném jádru statoru) vodiče, uložené ve dvou štěrbinách pod sousedními protilehlými póly a vzájemně zapojené do série. Vodiče umístěné vně jádra statoru a spojující aktivní vodiče navzájem se nazývají koncové části vinutí. Přímé části cívek vinutí umístěné ve štěrbinách se nazývají strany cívek nebo štěrbinové části.
Drážky statoru, do kterých jsou uložena vinutí, tvoří na vnitřní straně statoru tzv. zuby. Vzdálenost mezi středy dvou sousedních zubů jádra statoru, měřená podél jeho povrchu obráceného ke vzduchové mezeře, se nazývá zubaté dělení nebo dělení drážky.
Vícevrstvá válcová cívková vinutí (obrázek 3) jsou navinutá z kruhového drátu a sestávají z vícevrstvých kotoučových cívek umístěných podél tyče. Mezi cívkami mohou být ponechány radiální kanály pro chlazení (přes každou cívku nebo přes dvě nebo tři cívky). Taková vinutí se používají na straně vysokého napětí, když S st ≤ 335 kV×A, já st ≤ 45 A a U l.n ≤ 35 kV.
Jednovrstvá a dvouvrstvá válcová vinutí (obrázek 4) jsou navinuta z jednoho nebo více (až čtyř) paralelních pravoúhlých vodičů a používají se při S st ≤ 200 kV×A, já st ≤ 800 A a U l.n ≤ 6 kV.
AC pohon
Klasifikace střídavých elektrických pohonů
Založeno na synchronních motorech.
a) LED s elektromagnetickým buzením,
b) LED s buzením z permanentních magnetů.
Synchronní stroje mohou pracovat ve třech režimech: generátor, motor a režim synchronního kompenzátoru.
Nejběžnějším provozním režimem synchronních strojů je režim generátoru. Tepelné elektrárny mají turbogenerátory o výkonu 1200 MW při 3000 ot/min a 1600 MW při 1500 ot/min. Na rozdíl od rychloběžných turbogenerátorů jsou hydrogenerátory pomaloběžné stroje, obvykle se svislou osou otáčení. Pro zvýšení dynamické stability energetických soustav a zlepšení kvality elektrické energie se používají synchronní kompenzátory vyrobené na bázi synchronních strojů s vyvýšenými a nevyvýšenými póly.
V motorovém režimu se synchronní stroje používají jako hnací motory pro výkonná čerpadla, ventilátory a dmychadla. Maximální výkon synchronních motorů dosahuje několika stovek megawattů. Také synchronní mikromotory, ve kterých se k vytvoření budícího pole používají permanentní magnety, mají široké uplatnění v různých elektrických pohonech.
Obvykle jsou provozovány synchronní generátory a motory cos φ= 0,8 ÷ 0,9.
Založeno na asynchronních motorech s rotorem nakrátko.
a) třífázový krevní tlak,
b) bifázický krevní tlak.
Založeno na asynchronních motorech s vinutým rotorem.
Jako motory se nejvíce používají asynchronní stroje. Maximální výkon asynchronních motorů je několik desítek megawattů. Pro čerpadla a aerodynamické tunely se vyrábí asynchronní motory s výkonem do 20 MW. Systémy indikátorů používají asynchronní motory v rozsahu od zlomků wattu až po stovky wattů.
V současné době se asynchronní motory vyrábějí v jedné sérii. Hlavní řada asynchronních strojů 4A zahrnuje motory od 0,4 do 400 kW. Byla vyvinuta jediná řada asynchronních strojů AI, AIR, 5A a RA. Motory řady ATD jsou vyrobeny s masivním rotorem nakrátko a vodním chlazením vinutí statoru.
Asynchronní motory s kotvou nakrátko řady 4A lze rozdělit do dvou typů podle stupně ochrany a způsobu chlazení. Stroje jsou uzavřené, chráněné před postříkáním z libovolného směru a před vniknutím předmětů o průměru větším než 1 mm a mají vnější ventilaci s ventilátorem. Podle GOST je tato verze označena IP44. Druhým typem provedení jsou stroje s krytím IP23. Tyto stroje poskytují ochranu před možností kontaktu předmětů o průměru větším než 12,5 mm s rotujícími částmi stroje pod napětím. Verze IP23 poskytuje ochranu proti kapkám padajícím dovnitř stroje padajícím pod úhlem 60° k vertikále (verze odolná proti kapající vodě).
Charakteristickým rysem strojů s vinutým rotorem je přítomnost vinutí na rotoru z vodičů kulatého nebo obdélníkového průřezu, jejichž začátky jsou vyvedeny na sběrací kroužky. Sestava sběracích kroužků se vyjme z rámu a sběrné kroužky se zakryjí pláštěm. Sběrač proudu se skládá z kartáčů a držáků kartáčů. Ventilační systém a stupeň krytí vinutých motorů - IP23 a IP44.
Rovnice mechanických charakteristik asynchronního motoru. jednofázový ekvivalentní obvod.
Na rozdíl od stejnosměrných motorů je magnetický budicí tok třífázového motoru vytvářen střídavým proudem vinutí a je rotující. Vzhled EMF a proudu ve vinutí rotoru, a tedy točivý moment na hřídeli, je možný, jak je známo, pouze v případě, že existuje rozdíl mezi rychlostí otáčení pole a rychlostí otáčení rotoru, nazývaný prokluz
Kde ω – rychlost otáčení rotoru.
Mechanické charakteristiky asynchronního elektromotoru jsou vyneseny jako závislost skluzu na momentu vyvinutém motorem s=f(M) při konstantním napětí a frekvenci napájecí sítě.
Pro získání analytického vyjádření pro mechanické charakteristiky třífázového motoru se používá ekvivalentní obvod jedné fáze motoru, když jsou vinutí statoru a rotoru zapojeny do hvězdy. V náhradním obvodu (obrázek 5.2) je magnetické spojení mezi vinutím statoru a rotoru nahrazeno elektrickým a magnetizační proud a odpovídající indukční a aktivní odpory jsou prezentovány ve formě nezávislého obvodu připojeného k síťovému napětí. .
|
Rýže. 5.1. Ekvivalentní obvod jedné fáze motoru.
Pro tuto kresbu
Uph– napětí primární fáze;
já 1– fázový proud statoru;
já 2/ – snížený proud rotoru;
X 1 A X 2 /– primární a sekundární snížená úniková reaktance;
R0 A X 0– aktivní a jalový odpor magnetizačního obvodu;
s – prokluz motoru;
– synchronní úhlová rychlost motoru, ;
R 1 a R 2 / – primární a redukovaný sekundární aktivní odpor;
f 1- frekvence sítě,
R– počet párů pólů.
Parametry vinutí rotoru (indukční, činný odpor a proud rotoru já 2) jsou dány otáčkám vinutí statoru a režimu se stacionárním rotorem. Kromě toho je ekvivalentní obvod uvažován za podmínky, že parametry všech obvodů jsou konstantní a magnetický obvod je nenasycený.
V souladu s výše uvedeným ekvivalentním obvodem můžeme získat výraz pro sekundární proud:
(5.2)
Točivý moment asynchronního motoru lze určit z vyjádření ztráty
, kde
(5.3)
Nahrazení aktuální hodnoty já 2/ do tohoto výrazu dostaneme:
(5.4)
Výraz pro maximální točivý moment:
(5.5)
Znak „+“ označuje režim motoru (nebo zpětné brždění), znak „-“ označuje regenerativní brzdění.
Po jeho určení získáme:
(5.6)
M až- maximální točivý moment (kritický točivý moment) motoru,
s to- kritický skluz odpovídající maximálnímu momentu.
Ze vzorce 5.5 je zřejmé, že pro daný skluz je moment motoru úměrný druhé mocnině napětí, proto je motor citlivý na kolísání síťového napětí.
Obrázek 5.2 ukazuje mechanické charakteristiky asynchronního motoru v různých provozních režimech. Charakteristické body charakteristiky jsou:
1) - rychlost otáčení motoru je rovna synchronní rychlosti;
2) 
- jmenovitý provozní režim motoru;
3) 
- kritický moment v režimu motoru;
4) 
- počáteční rozběhový moment.
Označením násobku maximálního momentu dostaneme:
.
Když motor pracuje pouze v režimu startování a brzdění, jedná se o nepracovní část charakteristiky (hyperbola).
Když je funkce lineární, je jejím grafem přímka, která se nazývá pracovní část mechanických charakteristik asynchronního motoru. V tomto segmentu mechanických charakteristik motor pracuje v ustáleném stavu. Na stejné části jsou body odpovídající jmenovitým údajům motoru: 
.
Rýže. 5-2. Mechanické vlastnosti asynchronního motoru.
Počáteční údaje
Charakteristika pracovního stroje: (otáčky nnm = 35 ot/min; převodový poměr ipm = 14; vypočtený kroutící moment Msm = 19540 Nm; faktor účinnosti sm = 80 %; moment setrvačnosti Jm = 2200 kg m2; mechanické vlastnosti Msm( n) = 11200 + 16,8n napájecí napětí Ul = 660 V.
Výpočet výkonu a výběr třífázového asynchronního elektromotoru s rotorem nakrátko.
Moment odporu pracovního stroje redukovaný na hřídel motoru:
Mc = Mcm·(1/ ipm)·(1/ zm) = 19540·(1/14)·(1/0,8) = 1744,6 Nm
Odhadované otáčky motoru:
nr = nnm · ipm =35·14=490 ot./min
Odhadovaný výkon motoru:
PR = Mc·nр /9550=1744,6·490/9550=89,5 kW
Na základě vypočtených hodnot výkonu Pr, rychlost otáčení č a specifikované síťové napětí Ul Z katalogu vybíráme třífázový asynchronní elektromotor s rotorem nakrátko 4A355M12U3. Technické údaje vybraného motoru zaznamenáme do tabulky 1:
stůl 1
Stanovení parametrů elektromotoru nutných pro výpočet a konstrukci mechanických charakteristik:
- - počet párů pólů motoru p;
- - frekvence rotace magnetického pole n0;
- - jmenovitý prokluz motoru sn;
- - kritické prokluzování motoru skr;
- - jmenovitý moment motoru Mn;
- - kritický točivý moment (maximum) motoru Mcr(max);
- - startovací moment motoru MP.
Pro určení počtu párů pólů elektromotoru použijeme výraz, který popisuje vztah mezi rychlostí otáčení magnetického pole n0, ot./min(synchronní otáčky) s frekvencí sítě f, Hz a počet párů pólů p:
n0=60f/p, otáčky za minutu,
kde p=60f/n0. Od synchronní rychlosti n0 nám neznámý, je možné s malou chybou určit počet pólových párů p, nahrazovat n0 pasovou hodnotu jmenovitých otáček motoru nн(vzhledem k hodnotě nн se liší od n0 o 2 % – 5 %), proto:
p?60f/nn=60·50/490=6,122
Počet pólových párů nemůže být zlomkový, takže výslednou hodnotu zaokrouhlíme p až na celé číslo. Dostaneme p=6.
Rychlost otáčení magnetického pole (rychlost synchronního motoru):
n0=60f/p=60,50/6=500 ot./min
Jmenovitý prokluz motoru:
sn = (n0 - nn)/n0 = (500 -490)/500 = 0,02
Kritický prokluz motoru
skr= sn (l+)=0,02(1,8+) =0,066
Jmenovitý točivý moment motoru je určen prostřednictvím jmenovitých (certifikovaných) hodnot výkonu Pn = 90 kW, a rychlost otáčení nn = 490 ot./min
Mn = 9550 Pn/nn =9550·90/490=1754,082 N·m
Rozběhový moment je určen jmenovitým momentem Mn a hodnotu součinitele rozběhového momentu převzatou z katalogu kp = Mp / Mn = 1
Mp=kp Mn=1 1754,082=1754,082 Nm
Kritický (maximální) točivý moment motoru se určuje prostřednictvím jmenovitého točivého momentu Mn a hodnotu koeficientu přetížení motoru převzatého z katalogu
l = Mmax / Mn = 1,8
Mkr(max)= l Mn=1,8 1754,082=3157,348 Nm
Pro třífázový asynchronní elektromotor 4A355M12U3 (vybraný v kroku 1) vytvořte mechanickou charakteristiku pomocí hodnot nalezených v úloze 2.
Sestrojit pracovní úsek mechanických charakteristik hodnot momentů vyvinutých motorem při hodnotách skluzu s< sкр, počítáme podle výrazu M=2Mmax /(s /scr+ scr /s).
Přebírání sekvenčních hodnot s=0; sn= 0,02; skr= 0,066, určíme hodnoty momentů M, odpovídající těmto skluzům (každému okamžiku přiřadíme index hodnoty skluzu):
M0=2·3157,348/(0/0,066+0,066/0)=0;
Mn=2,3157,348/(0,02/0,066+0,066/0,02)=1752,607 Nm;
M01=2·3157,348/(0,1/0,066+0,066/0,1)=2903,106 Nm
Mkr=2·3157,348/(0,066/0,066+0,066/0,066)=3157,348 N·m.
Nalezení korekčního faktoru b pro výpočet momentových hodnot v charakteristické části s velkými hodnotami skluzu ( s > skr):
b=Mп - 2Mmax/((1/scr)+scr)= 1754,082-2·3157,348/((1/0,066)+0,066)=1339,12 N·m.
3.3 Pro úsek zrychlení motoru (při s > scr) jsou hodnoty točivých momentů vyvinutých motorem určeny výrazem M=(2Mmax /(s /scr+ scr /s))+b·s. Vzhledem k hodnotám skluzu s=0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1.0, vypočítejme hodnoty momentů:
M02=2·3157,348/(0,2/0,066+0,066/0,2)+ 1339,12·0,2=2147,028 N·m;
M03=2·3157,348/(0,3/0,066+0,066/0,3)+ 1339,12 ·0,3=1726,834 Nm;
М04=2·3157,348/(0,4/0,066+0,066/0,4)+ 1339,12 ·0,4=1549,958 N·m;
M05=2·3157,348/(0,5/0,066+0,066/0,5)+ 1339,12 ·0,5=1488,825 Nm;
M06=2·3157,348/(0,6/0,066+0,066/0,6)+ 1339,12 ·0,6=1489,784 Nm;
M07=2·3157,348/(0,7/0,066+0,066/0,7)+ 1339,12 ·0,7=1527,523 Nm;
М08=2·3157,348/(0,8/0,066+0,066/0,8)+ 1339,12 ·0,8=1588,737 N·m;
M09=2·3157,348/(0,9/0, 0,066+0,066/0,9)+ 1339,12 ·0,9=1665,809 Nm;
M1=2·3157,348/(1,0/0,066+0,066/1,0)+ 1339,12 ·1,0=1754,082 Nm.
Výsledky výpočtu jsou zaznamenány v tabulce 3.
Použití výrazu n = n0 (1-s), pro každou hodnotu skluzu s vypočítat rychlost otáčení hřídele motoru n:
n0=500 (1 - 0) = 500 otáček za minutu;
n = 500 (1 - 0,02) = 490 otáček za minutu;
ncr=500 (1-0,066) = 467 otáček za minutu;
n01=500 (1 - 0,1)= 450 otáčky za minutu;
n02=500 (1-0,2)= 400 otáčky za minutu;
n03=500 (1 - 0,3)= 350 otáčky za minutu;
n04=500 (1 - 0,4)= 300 otáčky za minutu;
n05=500 (1 - 0,5)= 250 otáček za minutu;
n06=500 (1 - 0,6)= 200 otáček za minutu;
n07=500 (1 - 0,7)= 150 otáček za minutu;
n08=500 (1 - 0,8)= 100 otáček za minutu;
n09=500 (1 - 0,9) = 50 otáček za minutu;
nl = 500 (1 - 1) = 0 ot./min.
Výsledky výpočtu jsou zaznamenány v tabulce 3.
Na základě výsledků výpočtů sestavíme měřítkový graf mechanických charakteristik n(M):
4. Zdůvodněte způsob připojení fázových vinutí dříve zvoleného motoru 4A355M12U3 se jmenovitým napětím Un=380/660 V do elektrické sítě s napětím Ul=660y V. Určete rozběhové, fázové a lineární jmenovité proudy motoru pro zvolený způsob připojení jeho vinutí. Vypočítejte rozběhové, fázové a lineární proudy, rozběhové a kritické momenty, výkon motoru odpovídající jmenovitému skluzu, pokud je špatně zvolen způsob připojení fázových vinutí.
Vinutí třífázového motoru lze připojit k napájecí síti do hvězdy nebo trojúhelníku v závislosti na jmenovitém napětí fázového vinutí Un a síťové napětí Ul. V datovém listu motoru jsou obvykle uvedena 2 napětí, ke kterým lze motor připojit. Při zapojování je nutné počítat s tím, že fázová vinutí jsou navržena pro nižší z obou napětí (v našem případě 380 V). Náš motor by měl být připojen k síti pomocí hvězdicového připojení, protože Uph = Ul /(Uph = 660V / = 380V). hřídel rotoru asynchronního elektromotoru
Lineární jmenovitý proud motoru se určí z výrazu pro výkon třífázového obvodu:
P1н= Uл Iл cosсн, kde Ul=660 V- lineární (nominální) napětí elektrické sítě; P1n, W,- jmenovitý činný elektrický výkon motoru, který
určeno podle jmenovitého výkonu na hřídeli motoru Pn s přihlédnutím ke ztrátám v motoru:
P1n= Pn/zn=90·103/0,915=98,361·103 W.
Jmenovitý lineární proud motoru:
Il(n)=P1n /( Ul costn) = 98,361 10 3 / 660 0,77 = 111,745 A.
Jmenovité fázové proudy při připojení hvězdou jsou rovné lineárnímu:
If= Il=111,745 A.
Startovací proud motoru je určen jmenovitým lineárním proudem V = 66,254 A a koeficient startovacího proudu kI=Iп/In=5,5:
Iп= Iн·кI =111,745·5,5=614,598 A.
Hlavní charakteristiky motoru určíme při nesprávně zvoleném způsobu připojení motoru, tedy při připojení fázových vinutí trojúhelník (?). Označme charakteristiku motoru při nesprávném způsobu připojení motoru X! (Já!, U!, M! ,R!). Při zapojení do trojúhelníku fázová napětí Uph rovné lineární Ul=660 V . Proto bude napětí na fázových vinutích stejné U!f = Ul=660V, které je několikanásobně vyšší než jmenovité napětí a může vést k porušení izolace vinutí motoru.
Fázové proudy jsou v souladu s Ohmovým zákonem přímo úměrné fázovému napětí Uph a nepřímo úměrné impedanci fázových vinutí. zph: Iph = Uph/zph. V důsledku toho skutečné hodnoty fázových proudů, stejně jako fázových napětí, výrazně překročí jmenovité hodnoty, tj.
I!f =· Iф=·111,745=193,548 A.
Lineární proudy s trojúhelníkovým zapojením V =· Pokud. V důsledku toho se skutečné hodnoty lineárních proudů budou rovnat:
I!n=·I!ф =··Iф=3·111,745= 335,235 A, což je trojnásobek jmenovitých hodnot proudů vedení.
Startovací proudy budou určeny prostřednictvím skutečných hodnot lineárních proudů V a poměr zapínacího proudu kI=Iп/In=5,5
I!p = I!n · kI =335,235·5,5=1843,793 A,
krát hodnota zapínacích proudů při spojení hvězdou.
Točivé momenty vyvinuté motorem (startování MP, maximálně Mmax) měnit úměrně druhé mocnině napětí na fázových vinutích, tzn. M = km U2f , Kde km- koeficient, který zohledňuje hlavní parametry motoru, spojující točivý moment vyvinutý motorem s napětím. Vzhledem k tomu, že napětí na fázových vinutích při špatném způsobu zapojení motoru (trojúhelník) vzrostlo o faktor, momenty motoru se zvýší () 2x, tzn. 3krát.
Při připojení fázových vinutí motoru do hvězdy:
M = km U2f = km 3802, kde km = M/3802.
Při zapojení vinutí motoru do trojúhelníku:
M! = km (U!f)2 = M 6602/3802 = 3M.
Rozběhový moment při připojení motoru s trojúhelníkem (nesprávná metoda):
M!p=3MP = 3-1754,082 =5262,246 Nm.
Kritický moment při spojení motoru s hvězdou:
M!kr=Mikrookres · 3=3·3157,348=9472,044 N·m.
Vyjadřuje se výkon na hřídeli motoru Pn= Ul V znamení coscn. Z veličin obsažených v tomto výrazu se při nesprávné volbě způsobu připojení motoru změní pouze lineární proud Il(síťové napětí Ul = 660 V se nemění). Podle výsledku výpočtu v bodě 4.5.2. pokud je motor omylem zapojen do hvězdy, lineární proudy se zvýší 3krát, proto se výkon motoru při jmenovitém skluzu zvýší 3krát a bude:
P!n =3Pn =3·90=270 kW.
5. Určete čas zahájení tstart a nakreslete křivku zrychlení elektrického pohonu s elektromotorem 4A355M12U3 a pracovního stroje s momentem setrvačnosti Jm= 9,68 kg m2 a mechanické vlastnosti
paní = 11200+16,8n , Nm.
Doba zrychlení elektrického pohonu je určena z pohybové rovnice pohonu
M - Ms = (1/9,55) J dn/dt,
nahrazení nekonečně malých hodnot dn A dt na konečné hodnoty ?n A ?t:
?t=(1/9,55) J·?n /(M - Ms)
Výsledný výraz je platný za předpokladu, že momenty jsou statické M A slečna, a moment setrvačnosti nezávisí na rychlosti, tzn. (M - Ms)=konst A J= konst. Proto použijeme přibližnou grafo-analytickou výpočtovou metodu, pro kterou jsou společné mechanické vlastnosti motoru n(M) a pracovní stroj paní (n) Dělíme to na zrychlovací periody, z nichž každou akceptujeme (M - Ms)=konst.
Uvádíme rovnici pro moment statického odporu pracovního stroje vůči hřídeli motoru:
Mc=Mcm·(1/i)·(1/zp)=(11200+16,8n)/(14·0,915); Ms = 874,317 + 1,312·n, N·m.
Určujeme hodnoty momentu statického odporu pracovního stroje slečna pro různé rychlosti n uvedené v tabulce 3. Doplnění tabulky 3 o výsledky výpočtu hodnot Slečna, dostaneme tabulku 4.
Mc=874,317+1,312·500=1530,317 Nm
Mc=874,317+1,312·490=1517,197 Nm
Mc=874,317+1,312·467=1487,021 Nm
Mc=874,317+1,312-450 =1464,717 Nm
Mc=874,317+1,312·400=1399,117 Nm
Mc=874,317+1,312·350=1333,517 Nm
Mc=874,317+1,312·300=1267,917 Nm
Mc=874,317+1,312·250=1202,317 Nm
Mc=874,317+1,312·200=1136,717 Nm
Mc=874,317+1,312·150=1071,117 Nm
Mc=874,317+1,312·100=1005,517 Nm
Mc=874,317+1,312·50=939,917 Nm
Mc=874,317+1,312 0=874,317 Nm
Na základě výsledků výpočtů uvedených v tabulce 4 zkonstruujeme mechanické charakteristiky spoje n(M) A n(Mс).
Určíme moment setrvačnosti systému redukovaný na hřídel motoru:
J=Jd + Jm(nm/nd)2=9,58+2200(35/490)2=20,805 kg m2
Společné mechanické vlastnosti motoru n(M) a pracovní stroj paní (n) rozdělujeme do 10 akceleračních period tak, aby v každé periodě bylo snazší a co nejpřesnější určit průměrné hodnoty točivých momentů za periodu Mk, vyvinuté motorem a Moskevského času-statický odpor na hřídeli motoru ze strany pracovního stroje. Předpokládáme, že v každé periodě se frekvence otáčení zvyšuje ?nk při konstantním dynamickém točivém momentu (M – paní), rovnající se průměru za období a podle výrazu ?t=(1/9,55) J·?n /(M - Ms) určit dobu zrychlení ?tк za každé období. Výsledky výpočtu jsou zaznamenány v tabulce 5.
- ?tк=(1/9,55) 20,805·50/802,829=0,136
- ?tк=(1/9,55) 20,805·50/654,556=0,166
- ?tк=(1/9,55) 20,805·50/519,813=0,21
- ?tк=(1/9,55) 20,805·50/408,737=0,268
- ?tk=(1/9,55 )· 20,805·50/410,788=0,265
- ?tк=(1/9,55) 20,805·50/289,275=0,377
- ?tк=(1/9,55) 20,805·50/342,679=0,318
- ?tк=(1/9,55) 20,805·50/570,614=0,191
- ?tк=(1/9,5520,805·50/1093,15=0,1
- ?tк=(1/9,55) 20,805·45/836,895=0,13
Dobu zrychlení elektrického pohonu určíme sečtením doby zrychlení v každé periodě:
tstart =0,136+0,166+0,21+0,268+0,265+0,377+0,318+0,191+0,1+0,13=2,161 s
Seznam použité literatury
1. Elektrotechnika, elektronika a elektrický pohon: metoda. návod k provádění výpočtů.-graf. díla / P. T. Ponomarev; vyd. E. V. Lesnykh; Sib. Stát Univerzita komunikací - Novosibirsk: SGUPS, 2014. - str.
2. Obecná elektrotechnika: učebnice / ed. V. S. Pantyushin. - M.: Vyšší. škola, 1970. - 568 s.
3. Elektrotechnika a elektronika: učebnice. pro neelektrické specialista. univerzity / V.G. Gerasimov, E.V. Kuzněcov, O.V. Nikolaeva [a další]; upravil V.G. Gerasimová. - M.: Energoatomizdat. Elektrické a magnetické obvody. - 1996. - 288 s.
Federální agentura pro vzdělávání
Státní vzdělávací instituce vyššího odborného vzdělávání
Petrozavodská státní univerzita
pobočka Kola
Katedra vysokonapěťové elektroenergetiky a elektrotechniky
Disciplína "_Elektromechanika_"
Zařízení asynchronní stroj.
Test
__2___ student
(skupina AVEE - /06/3.5)
korespondenční oddělení
Fyzikálně-energetická fakulta
specialita: 140201 – „Vysokonapěťová energetika a elektrotechnika“
Vachovskij Vladimír Alexandrovič
učitel -
prof., doc. tech. vědy A.I. Rakajev
Apatie
Mechanické vlastnosti asynchronního motoru (IM).
1. Úvod.
2. Asynchronní stroje.
3. Rovnice mechanických charakteristik asynchronního motoru.
4. Linearizace mechanických charakteristik asynchronního motoru.
5. Mechanické vlastnosti asynchronních motorů v symetrických režimech
8. Zařízení asynchronní stroj.
9. Princip fungováníAsynchronní stroje.
10. Bibliografie
Mechanické vlastnosti asynchronního motoru (IM).
1. Úvod.
Střídavé elektrické pohony nacházejí široké uplatnění v průmyslu, dopravě, stavebnictví a dalších odvětvích národního hospodářství. Jejich převládající distribuce je dána: vysokou spolehlivostí stroje na střídavý proud díky absenci komutátoru, snadným ovládáním neregulovaných pohonů, protože většina z nich je přímo připojena k síti, nízkou cenou elektrických strojů a jednoduchostí požadavky na jejich údržbu a provozní řád.
Podle typu použitého motoru se rozlišují nejen střídavé a stejnosměrné pohony, ale také asynchronní, synchronní, krokové a další typy pohonů. Neměli bychom si však myslet, že střídavé pohony lze použít všude místo stejnosměrných pohonů. Pro každý typ pohonu existují zavedené oblasti slibného použití. Navíc je obtížné jednoznačně a rozhodně předem vyjmenovat všechny faktory, které určují volbu typu proudu pro pohon. Spolu s tradičními pohony postavenými na bázi asynchronních a synchronních strojů se v posledních desetiletích začaly používat střídavé pohony s univerzálními a krokovými motory, motory s dvojitým výkonem a elektromagnetickým snižováním otáček.
2. Asynchronní stroje.
Princip činnosti asynchronního stroje v jeho nejobecnější podobě je následující: jeden z prvků stroje - stator - slouží k vytvoření magnetického pole pohybujícího se určitou rychlostí a v uzavřených vodivých pasivních obvodech další prvek - rotor - je indukováno emf, způsobující tok proudů a vytváření sil (momentů) při jejich interakci s magnetickým polem. Všechny tyto jevy probíhají při nesynchronně-asynchronním pohybu rotoru vůči poli, což dalo strojům tohoto typu název - asynchronní.
Stator je obvykle vyroben ve formě několika cívek umístěných v drážkách a rotor je ve formě „klece nakrátko“ (rotor nakrátko) nebo ve formě několika cívek (vinutý rotor), které jsou vzájemně propojeny, vyveden na kroužky umístěné na hřídeli a pomocí klouzání po nich lze kartáče zkratovat k externím odporům nebo jiným obvodům.
Navzdory jednoduchosti fyzikálních jevů a konstrukcí, které je zhmotňují, je úplný matematický popis procesů v asynchronním stroji velmi složitý:
za prvé, všechna napětí, proudy, vazby toku jsou proměnné, tzn. charakterizované frekvencí, amplitudou, fází nebo odpovídajícími vektorovými veličinami;
za druhé, pohybující se obrysy se vzájemně ovlivňují, jejichž vzájemné polohy se v prostoru mění;
za třetí, magnetický tok nelineárně souvisí s magnetizačním proudem (objeví se saturace magnetického obvodu), aktivní odpor obvodu rotoru závisí na frekvenci (efekt proudového posunutí), odpor všech obvodů závisí na teplotě atd.
Uvažujme nejjednodušší model asynchronního stroje, vhodný pro vysvětlení hlavních jevů v asynchronním elektrickém pohonu.
Mechanické vlastnosti motoru zcela určují kvalitu činnosti elektromechanického systému v ustáleném stavu a jeho výkon. Ovlivňují také dynamické režimy elektrického pohonu, charakterizující přebytek dynamického točivého momentu, který určuje zrychlení nebo zpomalení motoru.
3. Rovnice mechanických charakteristik asynchronního motoru
V moderní konstrukční praxi se používají programy, které při výpočtu mechanických charakteristik berou v úvahu magnetizaci magnetického systému stroje, ale v tomto případě se ztrácí jasnost jejich studia. Všechny další závislosti tedy budou nalezeny, pokud bude splněn tento základní předpoklad.
Elektrická energie dodávaná do motoru ze sítě se spotřebuje na pokrytí ztrát v magnetizačním obvodu p μ , v mědi statoru p M 1 a jeho zbytek se přemění na elektromagnetickou energii. Tím pádem,
(4-12)
ve svém pořadí,
kde ω 0 = 2π F 1 /p- počet párů pólů statoru stroje.
Po drobných proměnách najdeme
(4-14)
Proto ta závislost M = F(s) je komplexní funkce klouzání. Prozkoumejme to do extrému tím, že vezmeme derivaci
(4-15)
Přirovnáním čitatele výrazu (4-15) k nule najdeme hodnotu kritického skluzu s K , při které závislost M =F(s) má maximum:
(4-16)
Fyzicky klesá M na s s K A s > s K je vysvětleno následovně. Na s s K, pokles skluzu je spojen s poklesem proudu motoru a točivého momentu a kdy s > s K, přestože se proud motoru zvyšuje, jeho aktivní složka, která určuje elektromagnetický točivý moment, se nezvyšuje, ale klesá, což také vede ke snížení točivého momentu vyvinutého motorem.
Pozitivní znamení s K odpovídá režimu motoru a záporný - generátorovému režimu provozu stroje.
Je třeba mít na paměti, že stejně jako u stejnosměrného stroje je relativní velikost r 1 klesá s rostoucím výkonem stroje a již u motorů o výkonu 100 kW je 10-15 % hodnoty X 1 + X 2 ". Proto lze vzorec (4-16) použít ve zjednodušené formě, zanedbávání r 1
Kde X K.Z - indukční snížená zkratová odolnost.
To nelze provést u strojů středního a zejména malého výkonu, které mají odpor r 1 úměrné s X K.Z.
Pomocí vzorců (4-14) a (4-16) můžete získat jiný záznam mechanických charakteristik asynchronního motoru, pokud najdete hodnoty jeho kritických momentů v motor M K.D a generátor M KG provozní režimy:
(4-18)
Poměr kritických momentů
(4-19)
Běžně používaný zápis je zde:
(4-20)
Vzorec (4-19) ukazuje, že hodnota kritického momentu stroje v režimu generátoru může být výrazně větší než v režimu motoru (viz obr. 4-8).
Pro praktické použití je výhodnější vyjádřit mechanické charakteristiky asynchronního motoru jinak než ve vzorci (4-14). Najdeme to pomocí vzorců (4-14), (4-17) a (4-20):
(4-21)
Pokud zanedbáme vliv činného odporu statoru, pak ε = 0 a vzorec (4-21) nabývá tohoto tvaru (při M K.D = M K.G = M NA):
(4-22)
Výraz (4-22) poprvé získal M. Kloss, proto se nazývá Klossova formule.
Vzorce (4-21) nebo (4-22) jsou pro výpočty vhodnější než (4-14), protože nevyžadují znalost parametrů motoru. V tomto případě se všechny výpočty provádějí podle katalogových údajů. Vzhledem k tomu, že hodnota s K není v katalozích uveden, musí být určen na základě jiných informací, např. hodnoty přetížitelnosti stroje M TO / M NOM = λ M. Pak ze vzorce (4-21) dostaneme:
(4-23)
odkud, řešením kvadratické rovnice, najdeme
kde y = A M+ (1 - A M)e.
Ve výrazu (4-24) byste měli mít před kořenem znaménko plus, protože jde o jinou hodnotu s K odporuje fyzikálnímu významu.
Přibližné řešení rovnice (4-24) lze získat koeficientem ε = 0, ale je lepší určit jeho hodnotu. Nejspolehlivější výsledky se získají, pokud se při parametrech stroje určí hodnota ε ze vzorce (4-20), a s K - z výrazu (4-16). U asynchronních motorů s vinutým rotorem poskytují výrazy (4-14) a (4-21) spolehlivější výsledky, protože u těchto strojů jsou účinky nasycení oceli a proudového posunu ve vinutí rotoru méně patrné (skin effect).
4. Linearizace mechanických charakteristik asynchronního motoru
V pracovní oblasti mechanické charakteristiky, hodnota skluzu s mnohem méně než kritické s K. Proto v rovnici (4-21) tento člen zanedbáváme ss K -1 a nastavte ε = 0. Pak dostaneme
(4-25)
Výraz (4-25) tedy představuje linearizovanou část mechanických charakteristik motoru. Lze jej použít pro posuvné variace během 0 s s NOM.
Rýže. 4-5. Linearizované mechanické charakteristiky asynchronních motorů
K získání umělých charakteristik stačí napsat dvě rovnice přímek se stejnými hodnotami skluzu s i (Obr. 4-5):
kde indexy „i“ a „e“ označují umělé a přirozené vlastnosti, odkud je lze snadno najít
(4-26)
Pomocí vzorce (4-26) můžete sestrojit počáteční úseky jakékoli mechanické charakteristiky. V tomto případě by skluz neměl překročit stanovené limity.
Pokud je do obvodu rotoru zaveden celkový odpor R 2 NOM, poté v s= 1 rotorem poteče proud odpovídající jmenovitému momentu M NOM . Potom výraz (4-26) bude mít formu
Poslední výraz nám umožňuje napsat následující vztah pro jakoukoli umělou nebo přirozenou vlastnost:
kde ρ P je relativní hodnota celkového odporu obsaženého v obvodu rotoru stroje ρ P = ρ 2 + ρ DOB; s - klouzání na odpovídající mechanické charakteristice.
Je třeba mít na paměti, že kdy R 2 = R 2 NOM jmenovitá hodnota skluzu s N NOM =1 na této umělé charakteristice .
5 Mechanické charakteristiky asynchronních motorů v symetrických režimech
Charakteristika motoru při změně napájecího napětí nebo odporu v obvodu statoru .
Symetrické jsou takové režimy činnosti asynchronních motorů (IM), ve kterých je napájecí síť symetrická v hodnotě a fázovém posunu napětí, činné nebo jalové odpory zaváděné do elektrických obvodů všech fází jsou stejné a jejich vnitřní parametry jsou symetrické. (počet závitů ve fázích, úhlové posuny štěrbin a další faktory).
Nejprve se podívejme na změny v síti. Ze vztahu (4-9) vyplývá, že proud já 2 "je úměrný použitému napětí a moment je [viz výraz (4-14)] jeho druhé mocnině. To vám umožňuje sestavit mechanické charakteristiky motoru při jakémkoli napětí (obr. 4-6). vzorec (4-16) potvrzuje stálost kritického skluzu s K. Již při poklesu napětí na 0,7 U NOM je kritický okamžik
Rýže. 4-6. Mechanické vlastnosti asynchronního motoru při různých napájecích napětích.
pouze 49 % M K nominální režim. V praxi je úbytek napětí při startování motoru díky velkému startovacímu proudu ještě větší. To vše vede k tomu, že u dlouhých elektrických vedení nebo u velkých strojů s jejich výkonem úměrným výkonu trafostanic je nutné provést speciální výpočty potvrzující možnost normálního spouštění IM a jeho provozu se sníženým napětím.
Ze stejných důvodů byla pro kvalitu elektrické energie zřízena speciální GOST 13109-87, která zajišťuje post-havarijní změnu napětí v průmyslové síti pouze v rozmezí ±10 % její jmenovité hodnoty.
Pokles napětí je nebezpečný zejména u pohonů, které se kvůli provozním podmínkám musí spouštět pod zátěží (pohony dopravníků, zdvihacích zařízení, měničů a mnoha dalších mechanismů). Například při startování bez zátěže (nečinnost) nepřekročí statický moment dopravníku (0,2-0,3) M NOM. Pokud byl pohon dopravníku vypnut při plném zatížení, pak při opětovném spuštění se sníženým napětím bude muset překonat M C ≈ M NOM .
Pro omezení rozběhových proudů velkých asynchronních strojů nebo pro získání plynulého rozběhu asynchronního pohonu využívají zařazení aktivních nebo indukčních tlumivek do obvodu statoru, které jsou na výstupu na konci rozběhu (obr. 4-7) . Charakteristickým rysem těchto obvodů je závislost napětí na svorkách motoru na hodnotě proudu.
Zahrnutí aktivního odporu sice mírně zvyšuje účiník pohonu v režimech spouštění, ale zároveň zvyšuje energetické ztráty oproti spouštění „reaktoru“.
Rýže. 4-7. Mechanické vlastnosti asynchronního motoru při jmenovitém a sníženém napětí nebo aktivní ( r DOB) a reaktivní ( X DOB) přídavné odpory ve statoru.
V posledních desetiletích se u vysoce výkonných motorů, které se často zapínají a vypínají, používá „frekvenční“ spouštění, které je ekonomičtější. K tomuto účelu je instalován speciální měnič, který plynule mění frekvenci napájení motoru při startu, tedy hodnotu ω 0. Současně se snižuje napětí, což také omezuje rozběhový proud.
Charakteristika asynchronního motoru při zahrnutí činných odporů v obvodu rotoru.
Asynchronní motory s vinutým rotorem jsou široce používány v pohonech zdvihacích a dopravních a hutnických instalací, výkonné motory nacházejí uplatnění v pohonech ventilátorů, aerodynamických tunelů a čerpadel. Díky začlenění aktivních odporů do obvodu rotoru je možné měnit kritický skluz takového IM, typ jeho mechanických charakteristik, rozběhový proud a moment.
Použití vinutých motorů v pohonech čerpadel a ventilátorů umožňuje ekonomickou regulaci jejich výkonu, což přináší velký ekonomický efekt. Připomeňme, že kritický moment nezávisí na aktivním odporu zaváděném do obvodu rotoru, tedy výběrem r Kromě toho je možné změnit mechanické vlastnosti IM tak, že pohon bude mít maximální točivý moment při rozběhu (ω = 0), nebo dokonce v režimu zpětného zapnutí s K > 1 (obr. 4-8).
Zvýšit r DOB vede ke zvýšení aktivní složky rotorového proudu já 2 a " = já 2 "cosψ 2, protože
(4-30)
Kde R 2 " = r 2 " + r" DOB - celkový snížený aktivní odpor sekundárního okruhu stroje.
Ze stejného důvodu mají motory s vinutým rotorem na rozdíl od motorů s kotvou nakrátko vyšší rozběhové momenty při nižších proudech. Tato vlastnost těchto strojů slouží jako hlavní podmínka pro jejich primární použití v pohonech s náročnými startovacími podmínkami (jeřáby, hutní provozy, rotační stroje a další energeticky náročné mechanismy). Je třeba mít na paměti, že nadměrné zvýšení r nar vede k prudkému poklesu aktivní složky proudu já 2 ". Poté startovací moment motoru M P se při rozjezdu stává méně statickým momentem M TR . V důsledku toho nebude možné disk spustit.
Umělou mechanickou charakteristiku lze vypočítat pomocí vzorce (4-14) nebo (4-18), (4-20), (4-24) a (4-27). Způsob výpočtu umělých charakteristik IM s navinutým rotorem lze zjednodušit na základě následujících vztahů. Zapišme si výrazy pro stejné hodnoty momentů M i na přirozených a umělých vlastnostech na základě vzorce (4-21):
Hodnota ε nezávisí na hodnotě aktivní odporové složky v sekundárním okruhu stroje, proto zůstává pro přirozené i umělé mechanické charakteristiky nezměněna. Proto ze vzorce (4-31) máme
Uvedené hodnoty lze považovat za kritické skluzy na umělých a přirozených vlastnostech s K .I A s K .E a klouzání na přirozené vlastnosti s ei Potom z výrazu (4-32) dostaneme
(4-33)
Základem pro zjednodušený výpočet jsou tedy přirozené mechanické vlastnosti motoru. Jak již bylo uvedeno dříve u strojů s vinutým rotorem, lze jej získat přibližně výrazem (4-22) a přesněji (4-21). Některé parametry stroje potřebné pro tyto výpočty jsou uvedeny v katalozích nebo referenčních knihách a některé lze určit pomocí výše uvedených vzorců.
Rýže. 4-8. Mechanické vlastnosti motoru s vinutým rotorem
6. Režimy brzdění asynchronních motorů
Režimy brzdění u mnoha pohonů s asynchronními stroji jsou důležitější než režimy spouštění ve vztahu k požadavkům na spolehlivost a spolehlivost provedení. Často je potřeba přesně zastavit na dané pozici nebo brzdit pohon na určitou dobu.
Pro asynchronní motory se používají následující režimy: rekuperační brzdění s výstupem energie do sítě; opozice; dynamické brzdění s různými systémy buzení statoru stejnosměrným (usměrněným) proudem, kdy stroj pracuje jako generátor, rozptylující energii v sekundárním okruhu; dynamický kondenzátor nebo magnetické brzdění se samobuzením. Režimy brzdění lze tedy podle způsobu buzení magnetického pole statoru rozdělit do dvou skupin: buzení nezávislé, prováděné ze sítě střídavého nebo stejnosměrného proudu (rekuperační, zpětné spínání a dynamické brzdění) a s vlastním buzením. buzení, prováděné v důsledku výměny energie s kondenzátorovou bankou nebo při zkratu statoru motoru, když je magnetický tok vytvořen samoindukčním emf. Podle definice L.P. Petrov, druhý typ budeme nazývat magnetické brzdění.
Všechny uvedené režimy se používají pro stroje s fázovými rotory i rotory s kotvou nakrátko.
V souvislosti s použitím výkonných výkonových polovodičových součástek (tyristorů a tranzistorů) se objevila nová schémata realizace typických brzdných režimů asynchronních pohonů.
Zvýšení účinnosti brzdění lze dosáhnout použitím kombinovaných metod jeho realizace. Je třeba zvláště zdůraznit, že většina kombinovaných brzdových systémů je plně řízena. To dále zvyšuje jejich účinnost.
Nejúčinnější jsou zpětné spínání a kondenzátorově dynamické brzdění (CDB). Poslední metoda má mnoho obvodových řešení. Doporučuje se použít pro pohony s velkými redukovanými momenty setrvačnosti, například přesahujícími dvojnásobek momentu setrvačnosti motoru.
Pro pohony s nízkou setrvačností lze použít kondenzátorově magnetické brzdění (CMB). Neméně účinné bude magnetodynamické brzdění (MDB). Pro jednotlivé pohony jsou racionální i další kombinované typy dvou a dokonce třístupňového brzdění: protizařazení - dynamické brzdění (DCB), kondenzátorové brzdění a protizařazení (CTB) atd.
Implementace moderních metod brzdění IM tedy do značné míry závisí na zkušenostech a znalostech vývojáře elektrického pohonu. Podívejme se proto podrobně na režimy brzdění.
Brzdění s uvolněním energie do sítě. Reverzibilita asynchronního motoru, stejně jako jiných strojů využívajících princip elektromagnetické indukce (typ Maxwellian), umožňuje jeho provoz v generátorovém režimu. Pokud nedochází k zatížení hřídele motoru, pak se energie spotřebovaná ze sítě vynakládá na pokrytí ztrát ve statoru, dále ztrát v oceli a mechanických ztrát v rotoru. Působením vnějšího krouticího momentu na hřídel stroje, působícího ve směru otáčení rotoru, lze dosáhnout synchronní rychlosti. V tomto případě jsou ztráty v rotoru kryty externím zdrojem energie a ze sítě se bude spotřebovávat pouze energie použitá na pokrytí ztrát ve statoru. Další zvýšení rychlosti nad synchronní rychlost vede k tomu, že se asynchronní stroj přepne do režimu generátoru.
Při provozu v tomto režimu jsou vodiče statoru kříženy magnetickým polem ve stejném směru a vodiče rotoru jsou kříženy v opačném směru, proto EMF rotoru E 2 změny znamení, tzn. E 2 "s = (- s)E 2 " ≈ - E 2 "s. Proud v rotoru bude odpovídajícím způsobem roven
(4-34)
Rýže. 4-13. Vektorový diagram asynchronního motoru pracujícího v režimu generátoru
Z výrazu (4-34) je zřejmé, že když IM přepne do režimu generátoru, změní směr pouze aktivní složka proudu rotoru, protože točivý moment na hřídeli změnil svůj směr ve srovnání s tím, co nastalo v režimu motoru. To je znázorněno vektorovým diagramem na obr. 4-13. Zde úhel φ 1 > π/2, který potvrzuje změnu příčiny proudu já 1 ve formě EMF E 1 (ne síťové napětí U 1 , jako v režimu motoru), i když směr magnetizačního proudu já μ zůstal stejný. Změna znaménka aktivní složky proudu já" 2a vede k tomu, že elektromagnetický výkon se stává záporným, tj. je přenášen do sítě, protože s 0:
Znaménko jalového výkonu sekundárního okruhu zůstává nezměněno bez ohledu na provozní režim stroje, což vyplývá z výrazu
Kvůli přítomnosti aktivních statických momentů se brzdění používá ve zdvihacích zařízeních (obr. 4-14, a), v dopravních pohonech (obr. 4-14, b). Rozdíl v těchto režimech brzdění je v tom, že v prvním případě (obr. 4-14, a) se motor při spouštění velkého nákladu přepne na jeho spouštění (ω 3 ve čtvrtém kvadrantu s |ω| > |ω 0 |). Limit zátěžového momentu M S by neměla překročit M NOM. Když se vozidlo pohybuje „z kopce“, potenciální energie přepravovaného nákladu začne podporovat pohyb a vytváří vnější hnací moment působící na hřídel motoru. V tomto případě tedy v důsledku zvýšení rychlosti jízdy (ω > ω 0) a změny znaménka EMF E 2, motor přímo, bez přepínání statorových vinutí, přejde do režimu generátoru s výstupem energie do sítě (bod 2 na Obr. 4-14, b).
Rýže. 4-14. Mechanické vlastnosti asynchronního motoru s aktivním statickým momentem: a - spouštění těžkého břemene; b - provoz vozidla „z kopce“
Za přítomnosti jalového statického momentu lze rekuperační brzdění s rekuperací energie do sítě získat u asynchronních motorů s přepínáním počtu pólů nebo u pohonů s frekvenčním, frekvenčně-proudovým a vektorovým řízením rychlosti otáčení IM.
V prvním případě (obr. 4-15, a), přepnutí statoru stroje z menšího počtu pólů na větší, se synchronní rychlost ω 02 sníží
S frekvenčním řízením otáček, snížením frekvence napájení statoru ze sítě F 1 až F 2 f 1 a F 3 f 2 postupně přepínejte motor z jedné mechanické charakteristiky na druhou (obr. 4-15, b). Pohon pracuje v režimu brzdění a uvolňuje energii do sítě, zatímco jeho pracovní bod se pohybuje po úsecích mechanických charakteristik umístěných ve druhém kvadrantu. Plynulou a automatickou změnou frekvence napájení motoru je možné získat brzdný režim pohonu s mírně se měnícím brzdným momentem. Je však nutné určitým způsobem regulovat napájecí napětí.
Rýže. 4-15. Mechanické vlastnosti asynchronního motoru v režimu rekuperačního brzdění s jalovým statickým momentem: a - přepínání počtu pólových párů; b - frekvenční regulace otáček
Zpětné brzdění. K tomuto typu brzdění dochází, když se rotor motoru otáčí vlivem statického momentu ve směru opačném k rotaci pole statoru. Při přítomnosti jalového momentu je doba brzdění krátká, po které se stroj opět přepne z brzdění do režimu motoru (obr. 4-16a). Zpočátku motor běžel na místě 1 režimu motoru a následně po přepnutí dvou fází vinutí statoru směr otáčení magnetického pole stroje a jeho elektromagnetický moment (bod 2 ). Pohyb pohonu se zpomalí do bodu O a pak se rotor otočí a motor zrychluje v opačném směru, dokud se v bodě neudrží rovnoměrný pohyb 3 .
U motorů s vinutým rotorem je za přítomnosti velkého přídavného odporu možné úplné zastavení pohonu s brzdným momentem M TR (tečka 5 na Obr. 4-16,a).
Za přítomnosti aktivního točivého momentu (obr. 4-16,b), pokud se změní směr otáčení magnetického pole, jako v předchozím případě, motor také změní provozní režim, tj. dojde k brzdění proti přepínání - druhý kvadrant, motorický režim s obrácením směru otáčení rotoru - třetí kvadrant a nový režim - generátorový režim s výstupem energie do sítě - čtvrtý kvadrant, kde leží bod stálého dlouhodobého pohybu 3 .
U motorů s vinutým rotorem s aktivním statickým momentem lze protispínací režim dosáhnout bez spínání statorových fází, pouze zavedením velkých přídavných odporů do rotoru (obr. 4-16,b). Poté je auto od bodu v motorovém režimu 1 přeloženo do bodu 4 se zavedením dodatečného odporu r D, a poté změní svůj pohyb podle umělé mechanické charakteristiky a přesune se do čtvrtého kvadrantu. Tečka 5 odpovídá dlouhodobému ustálenému pohybu asynchronního motoru v režimu back-to-back.
Rýže. 4-16. Spínací obvod a mechanické vlastnosti asynchronního motoru: a - v protispínacím režimu s jalovým statickým momentem; b - stejné, s aktivním statickým momentem
Režim protibrzdění se často používá ve zvedacích a přepravních zařízeních. Spínání statorových fází, bez zavádění dodatečného odporu, se používá pouze u asynchronních motorů s rotorem nakrátko, protože počáteční hodnoty proudů v bodě 2 (obr. 4-16) je o něco více než výchozí, což je (5-6) já NOM. Pro motory s vinutým rotorem jsou takové proudové špičky obecně nepřijatelné. Nevýhodou brzdné charakteristiky couvání je jejich velká strmost a značné energetické ztráty, které se zcela přeměňují na teplo odváděné v sekundárním okruhu motoru. Díky velkému sklonu mechanických charakteristik jsou možné velké výkyvy rychlosti pohonu s malými změnami zatížení.
Pokud je známý okamžik M C, při kterém je nutné provést brzdění, je snadné v tomto bodě vypočítat hodnotu skluzu pomocí vzorce (4-25) a poté pomocí vzorce (4-29) určit dodatečný odpor.
Elektrodynamické (dynamické) brzdění. Pokud odpojíte stator IM od sítě, pak magnetický tok zbytkové magnetizace generuje nevýznamné EMF a proud v rotor.
Při nezávislém buzení se získá stacionární statorový tok, který indukuje EMF a proud ve vinutí rotujícího rotoru.
Rýže. 4-17. Schémata připojení vinutí statoru asynchronního motoru k síti stejnosměrného (usměrněného) napětí
Pro připojení vinutí statoru k síti stejnosměrného proudu se používají různá schémata připojení, z nichž některá jsou znázorněna na Obr. 4-17.
Pro analýzu režimu dynamického brzdění je výhodnější vyměnit MDS F P vytvořený stejnosměrným proudem, proměnný ekvivalent MMF F- vytvořeno společně vinutím statoru a rotoru, jako u běžného asynchronního motoru. Poté je režim synchronního generátoru nahrazen ekvivalentním režimem asynchronního stroje. Při takové náhradě musí být dodržena rovnost: F P = F ~ .
Rýže. 4-18. Schémata zapojení začátku (H) a konce (K) statorových vinutí „do hvězdy“ (a), určení směrů MMF statorových vinutí (b), geometrické sčítání MMF (c)
Interakce malých hodnot magnetického toku a proudu v rotoru není schopna vytvořit velký elektromagnetický moment. Proto je nutné najít způsoby, jak výrazně zvýšit magnetický tok. To lze provést připojením statoru stroje v režimu dynamického brzdění ke zdroji stejnosměrného nebo usměrněného napětí. Můžete také vytvořit obvod samobuzení motoru připojením kondenzátorů k jeho statorovému vinutí. Tím získáme dynamické brzdné režimy asynchronního stroje s nezávislým buzením a samobuzením
Stanovení DC MMF pro obvod na Obr. 4-17,a Obr vysvětluje. 4-18.
Když je statorové vinutí připojeno třífázově k AC síti, je nutné určit maximální MMF stroje, rovnající se:
(4-36)
Kde já 1 - efektivní hodnota střídavého proudu; ω je počet závitů vinutí jedné fáze statoru.
Nejprve se podíváme na stejnosměrné napájení vinutí statoru. Pokud se při provozu stroje v motorovém režimu jeho skluz a magnetizační proud mění jen málo, pak v režimu dynamického brzdění se skluz rotoru mění v širokém rozsahu. Se změnou otáček se následně mění EMF rotoru, proud v rotoru a jím vytvářený MMF, což má významný vliv na výsledný MMF.
Rýže. 4-19. Vektorový diagram asynchronního stroje v režimu dynamického brzdění
Je zřejmé, že výsledný magnetizační proud dodávaný statoru bude roven
Pomocí vektorového diagramu (obr. 4-19) zapíšeme pro proudy následující vztahy:
(4-37)
Vezmeme-li hodnotu EMF v rotoru stroje, jako dříve, rovná se E 2 při úhlové rychlosti otáčení rotoru ω 0, při jiných rychlostech máme
V souladu s tím indukční reaktance rotoru
Kde X 2 - indukční reaktance rotoru při frekvenci ω 0.
Nyní pro sekundární obvod stroje můžeme psát
Po přivedení EMF E 2 k parametrům primárního okruhu budeme mít E 1 = E 2" a pak
Dosazením výrazů (4-38) do vzorce (4-37) získáme:
(4-39)
Řešení rovnice (4-39) pro proud já 2", najdeme
(4-40)
Hodnota elektromagnetického momentu stroje je určena ztrátami v jeho sekundárním okruhu, a to:
(4-41)
Zkoumáním tohoto výrazu pro extrém je snadné získat kritickou relativní rychlost rotoru ν KP, při které je maximální točivý moment:
(4-42)
(4-43)
Na základě vzorců (4-41) - (4-43) lze získat následující výraz pro mechanické vlastnosti IM:
(4-44)
Výraz (4-44) je podobný Klossově vzorci, což usnadňuje jeho pochopení. Analýza vzorců (4-40) - (4-44) a fyzikálních jevů charakteristických pro dynamickou inhibici krevního tlaku nám umožňuje vyvodit následující závěry.
1. V režimu dynamického brzdění jsou vlastnosti mechanických charakteristik asynchronního stroje podobné vlastnostem podobných charakteristik režimu motoru, tj. kritický moment nezávisí na aktivním odporu sekundárního okruhu a kritická rychlost ν KP je stejná jako s KP v motorickém režimu, proporcionální r 2 ".
2. Parametr Xμ a proud já 1 se mohou výrazně lišit od podobných hodnot režimu motoru, protože závisí na saturaci magnetického obvodu statoru.
3. Proud statoru stroje v režimu motoru je funkcí prokluzu rotoru a při dynamickém brzdění je konstantní.
4. Výsledný magnetický tok při dynamickém brzdění a nízkých otáčkách rotoru se zvyšuje, protože se tím snižuje demagnetizační účinek reakce rotoru a v režimu motoru zůstává přibližně konstantní.
Rýže. 4-20. Mechanické vlastnosti asynchronního motoru při dynamickém brzdění a různé hodnoty budicího proudu nebo přídavných odporů v obvodu rotoru
Na Obr. 4-20 uvádí charakteristiky, z nichž 1 A 2 získané při dvou hodnotách proudu statoru já 11 I 12 a konstantní odpor r 21 a charakteristiky 3 A 4 nalezené při stejných proudech, ale jiné hodnotě r 22 > r 21 . Pro srovnání jsou uvedeny mechanické charakteristiky stroje pracujícího v motorovém režimu. Pokud je možné měnit činný odpor v obvodu rotoru, pak je možné získat charakteristiky s přibližně konstantním momentem v širokém rozsahu změn otáček pohonu.
Reaktance magnetizačního obvodu X μ určeno univerzálními charakteristikami volnoběžných otáček stroje nebo experimentálními daty. V druhém případě, bez zohlednění saturace magnetického obvodu, hodnota X μ se najde podle vzorce:
Kde U 0 , já 0 - fázové napětí a proud, když stroj běží naprázdno.
Přesněji řečeno závislost X μ = F(jáμ) lze nalézt následovně. Pokud se do asynchronního stroje, jehož rotor otáčí externím motorem synchronní rychlostí, přivádí fázové napětí různé velikosti, pak odpovídá EMF E 1. Proto měření proudu jáμ, je snadné vypočítat závislost X μ = E 1 jáμ -1, který bude brát v úvahu saturaci magnetického systému stroje. V tomto případě se konstrukce mechanické charakteristiky provádí bod po bodu. V tomto případě jsou hodnoty nastaveny M KP, ν KP a vypočítejte pomocí vzorců (4-42) a (4-43) hodnotu r 2 " a aktuální já 1. Pak najděte ν i změnou jáμi od nuly do já 1 v odpovídajících hodnotách Xμi, podle vzorce:
(4-45)
Exprese (4-45) byla získána po operacích se vzorci (4-37) - (4-38). Pomocí vzorce (4-41) můžete vypočítat mechanickou charakteristiku s ohledem na vliv saturace magnetického obvodu stroje.
Tento typ brzdění se používá při zdvihání a přepravě a pohonech strojů napájených z neregulované střídavé sítě u frekvenčně řízených pohonů.
V posledních desetiletích se v pohonech strojů používá kondenzátorové brzdění asynchronních motorů. Možnost takového režimu nastolil již v roce 1895 M. Leblanc, ale ve 20.-40. letech 20. století byl tento způsob brzdění považován za iracionální. Teprve v roce 1944 A.T. Golovan a I.N. Barbash ukázal příslib jeho použití. Avšak teprve koncem 50. let, díky dílům L.P. Petrova bylo dosaženo praktických výsledků při použití jak kondenzátoru, tak i jiných typů kombinovaného brzdění. To bylo možné díky snížení ceny a velikosti kondenzátorů a vývoji nových obvodů, které poskytují intenzivní samobuzení asynchronních strojů v širokém rozsahu změn jejich rychlosti otáčení. V současné době se používají různá schémata pro realizaci brzdění kondenzátoru.
Rýže. 4-21. Závislost samobuzení asynchronního stroje s kondenzátorovým brzděním
Princip samobuzení krevního tlaku ilustrují obrázky na Obr. 4-21. Při odpojování strojů s rotujícím rotorem od sítě a připojení baterie kondenzátorů ke statoru (obr. 4-26a) kvůli zbytkovému EMF E 0 kondenzátory se začnou nabíjet proudem já μ 0 (Obrázek 4-21). Tento proud zvyšuje emf stroje na E 1 i, což zase zvýší nabíjecí proud kondenzátoru na hodnotu jáμi a pak by proces pokračoval tak, jak je uvedeno na obrázku, až do bodu 1 (při konstantní rychlosti otáčení pole motoru), kde E 1 i = E 1 a jáμi = já μ .
Podle náhradního obvodu (obr. 4-22) EMF E 1 se bude rovnat
kde φ = F X F 0-1 a F 0 - jmenovitá frekvence v obvodu.
Za předpokladu, že na začátku samobuzení je proud v rotoru roven nule a já 1 ≈ jáμ, můžete najít počáteční relativní frekvenci samobuzení φ INITIAL. Pak ze vzorce (4-46) najdeme
A X μ , X 1 , X C - jalové složky ekvivalentního odporu obvodu (obr. 4-22) při síťové frekvenci (50 Hz).
Rýže. 4-22. Ekvivalentní obvod asynchronního stroje s buzením kondenzátoru
Zanedbávání hodnot V A X 1 2 ve srovnání s Xμ 2 a řešením bikvadratické rovnice (4-47) získáme:
Nebo (4-48)
Rýže. 4-23. Statická charakteristika režimu samobuzení kondenzátoru asynchronního stroje F - magnetický tok; já 1 , já 2 " , jáμ - proud ve statoru, proud v rotoru (daná hodnota), magnetizační proud, resp. φ - frekvence oscilací volného proudu ve statoru; ω - úhlová rychlost rotoru; s - skluz; M- elektromagnetický točivý moment
Počáteční frekvence procesu samobuzení asynchronního generátoru je tedy přibližně rovna vlastní frekvenci oscilačního obvodu nenasyceného stroje. To je také znázorněno křivkami na obr. 4-23 (v relativních jednotkách). Umožňují nám vyvodit následující závěry.
1. Režim je omezen z hlediska úhlové rychlosti rotoru hodnotami ω NAC, kde začíná samobuzení stroje a ω K, kde tento proces končí, a ω K > ω 0.
2. Ve značném rozsahu změn otáček rotoru zůstává magnetický obvod stroje nasycený a tok si udržuje přibližně konstantní hodnotu (1,5-2,0) F NOM.
3. Hodnoty proudů rotoru a statoru výrazně převyšují jmenovité hodnoty.
S ohledem na fyzikální procesy probíhající ve stroji můžeme stanovit následující. Pokud rychlost otáčení rotoru překročí ω NAT, pak se frekvence volné složky proudu statoru zvýší v důsledku saturace magnetického systému stroje (viz obr. 4-23) a φ bude větší než φ NAT. Vektor statorového proudu se otáčí ve směru hodinových ručiček (obr. 4-24), ale jeho amplituda se zvyšuje. Současně dochází ke zvýšení proudu v rotoru já 2 vede ke vzniku demagnetizační složky magnetického toku ve vzduchové mezeře. Při rychlosti otáčení rotoru ω K nastává rovnost složek jalového proudu já 1 a já 2 "a proces samobuzení stroje se zastaví.
S ohledem na rovné já 1 a já 2 "vzhledem k maličkosti jejich aktivních složek a pomocí výrazu (4-49) najdeme:
kde φ K je kritická hodnota relativní frekvence pole statoru.
Rýže. 4-24. Vektorový diagram samobuzení asynchronního generátoru
Fázový ekvivalentní obvod motoru a jeho vektorový diagram umožňují najít závislosti pro elektromagnetický výkon a točivý moment, který je dán tepelnými ztrátami ve statoru a rotoru stroje. Tyto výpočty však zahrnují velmi složité a těžkopádné výpočty všech závislostí znázorněných na Obr. 4-23. Pro výpočet mechanických charakteristik proto použijeme zjednodušenou metodu, která je určena následující závislostí:
Kde M 0 - počáteční (vypočtený) brzdný moment při rychlosti ω 0.
Velikost M 0 získaný experimentálně ve formě produktu M NOM kC° , Kde k - koeficient v závislosti na typu konkrétního motoru. U čtyř- a šestipólových strojů to může být rovna 0,7 a u dvoupólových strojů 0,5, С° - fázová kapacita kondenzátorů v relativních jednotkách od C NOM. Nastavením hodnoty φ START můžete vypočítat С° podle vzorce
Jmenovitá kapacita kondenzátorové baterie (fáze)
Kde jáμ NOM - magnetizační proud stroje při jmenovitém (fázovém) napětí statoru; ω 0 - synchronní rychlost otáčení magnetického pole při síťové frekvenci 50 Hz.
Rýže. 4-25. Statické mechanické vlastnosti asynchronního stroje s kondenzátorovým brzděním: s kapacitou ve fázi S 1 (křivka 1), s kapacitou ve fázi S 2 (křivka 2 a 3) a různé hodnoty magnetizačního proudu jáμ 2 " jáμ 3
Mechanické charakteristiky (obr. 4-25) ukazují, že zvýšení kapacity kondenzátoru snižuje hodnotu úhlových rychlostí ω NACH a ω K a také maximální brzdný moment. S rostoucím magnetizačním proudem (křivka 3 ) se zvyšuje saturace magnetického obvodu, což vede ke snížení indukční reaktance stroje a zvýšení maximálního brzdného momentu a úhlové rychlosti ω K.
Rýže. 4-26. Kombinované kondenzátorově-dynamické brzdění: a - schéma zapojení; b - mechanické vlastnosti
Jak bylo uvedeno výše, kombinované způsoby brzdění jsou účinné při dosažení úplného zastavení pohonu. V závislosti na momentech sepnutí kontaktů brzdového stykače ČT v takovém systému je možné získat i tři postupně se měnící režimy brzdění (obr. 4-26,b): kondenzátor (křivka 1 ), magnetická (křivka 2 ) a dynamické (křivka 3 ) nebo jen první a poslední. Přechod pohonu z motorického režimu do režimu brzdění a přepínání různých režimů brzdění je na obrázku vyznačeno šipkami. Například při uzavření kontaktu ČT nastává v okamžiku odpovídajícímu bodu S, pak prochází přechodem z kondenzátoru na magnetické brzdění, které končí v bodě d, pak dojde k dynamickému brzdění téměř až do zastavení pohonu.
7. Technické realizace. Aplikace
Asynchronní motor s rotorem nakrátko se používá již cca 100 let a bude využíván jako prakticky jediná implementace sériově vyráběného neregulovaného elektropohonu, který k dnešnímu dni tvoří více než 90 % všech průmyslových elektropohonů. V posledních 10-20 letech se mnoho společností v Americe a Evropě pokoušelo vyvinout a uvést na široký trh takzvané energeticky účinné motory, ve kterých zvýšením hmotnosti aktivních materiálů o 30 % dosáhne nominální účinnosti. se zvýší o 1-5% s odpovídajícím zvýšením nákladů. V posledních letech Spojené království provedlo velký projekt na vytvoření energeticky účinných motorů bez zvýšení nákladů.
V posledním desetiletí se díky pokrokům v elektronice (FC) stal indukční motor s kotvou nakrátko základem elektrických pohonů s proměnnou frekvencí a v mnoha oblastech úspěšně nahradil dříve dominantní stejnosměrný elektrický pohon. Zvláště zajímavé je použití takového elektrického pohonu u tradičně neregulovaných čerpadel, ventilátorů a kompresorů. Zkušenosti ukazují, že toto technické řešení umožňuje ušetřit až 50 % elektrické energie, až 20 % vody a více než 10 % tepla.
Přechod z neregulovaného elektropohonu na řízený je v mnoha technologiích považován za hlavní směr vývoje elektropohonu, neboť výrazně zkvalitňuje technologické procesy a ušetří až 30 % elektrické energie. To určuje vyhlídky pro vývoj elektrických pohonů s proměnnou frekvencí.
Elektrické pohony s motory s vinutým rotorem s reostatickým řízením se tradičně používají u jeřábů a používají se i v jiných technologiích. Kaskádové obvody a dvouvýkonové stroje najdeme ve výkonných elektrických pohonech čerpacích stanic plynu s malým regulačním rozsahem a v elektrických pohonných zařízeních pro lodě.
Konstrukce asynchronních strojů
Princip činnosti asynchronního stroje je založen na využití točivého magnetického pole, které indukuje elektromotorickou sílu (EMF) ve vinutí rotoru. Když proud rotoru interaguje s rotujícím magnetickým polem, vzniká elektromagnetický točivý moment, který způsobuje otáčení rotoru (v režimu motoru) nebo jeho brzdění (v režimech brzdění).
8-Princip činnosti asynchronního stroje
Princip činnosti asynchronního stroje je založen na objeveném zákonu elektromagnetické indukce
M. Faradaye a díla D. Maxwella a E. Lenze.
U asynchronního stroje je jedno z vinutí umístěno na statoru 1 (obrázek 1.1 a) a druhé na rotoru 5. Mezi rotorem a statorem je vzduchová mezera, která je co nejmenší, aby se zlepšila magnetická vazba. mezi vinutími. Statorové vinutí 2 je vícefázové (nebo v konkrétním případě třífázové) vinutí, jehož cívky jsou umístěny rovnoměrně po obvodu statoru. Fáze vinutí statoru ACH,PODLE A CZ zapojeny podle schématu Y nebo A a připojeny k síti třífázového proudu. Vinutí rotoru 4 provádějí vícefázový zkrat nebo třífázové a jsou umístěny rovnoměrně po obvodu rotoru.
Z kurzu teoretických základů elektrotechniky je známo, že při napájení třífázového statorového vinutí třífázovým sinusovým proudem vzniká rotující magnetické pole, jehož frekvence otáčení (ot./min.)
П1=60f1|р Kde f 1- frekvence sítě. R-. počet párů pólů
Rotující magnetické pole indukuje EMF E 2 ve vodičích vinutí rotoru nakrátko a prochází jimi proud 1 2.
Obrázek 1.1a ukazuje (podle pravidla pravé ruky) směr EMF indukovaného ve vodičích rotoru, když se magnetický tok F otáčí ve směru hodinových ručiček (v tomto případě se vodiče rotoru pohybují vzhledem k toku F proti směru hodinových ručiček). Pokud je rotor stacionární nebo jeho frekvence otáčení je menší než frekvence n1, pak je aktivní složka proudu rotoru ve fázi s indukovaným EMF; S ohledem na to jsou symboly (křížky a tečky) na Obr. 1.1 ukazují současně směr aktivní složky proudu.
Rýže. 1.1. Elektromagnetický obvod asynchronního stroje a směr jeho eltromagnetický moment, kdy stroj pracuje v režimech: motor(A), genrétorický(b) a elektr. brzdění(PROTI)
Na vodiče s proudem umístěné v magnetickém poli působí elektromagnetické síly, jejichž směr je určen pravidlem levé ruky. Celková síla Fpe 3 působící na všechny vodiče rotoru tvoří elektromagnetický moment M, který táhne rotor za rotující magnetické pole.
Elektromagnetický moment vznikající interakcí magnetického toku Fi rotorového proudu I2
M=sФI2соsф2
kde c je koeficient proporcionality; I2соsф2 - aktivní složka proudu rotoru; φ2 - úhel fázového posunu mezi proudem I2 a EMF E 2 ve vinutí rotoru.
Je-li elektromagnetický moment M dostatečně velký, pak se rotor začne otáčet a jeho ustálená rychlost otáčení n 2 odpovídá rovnosti elektromagnetického momentu k brzdnému momentu vytvářenému mechanismem poháněným na rotační a vnitřní třecí síly. Tento režim činnosti asynchronního stroje je motor.
Frekvence otáčení rotoru P2 se vždy liší od frekvence otáčení magnetického pole P1, protože pokud se tyto frekvence shodují, rotující pole neprotíná vinutí rotoru a neindukuje se v něm EMF, a proto nevzniká žádný točivý moment.
Relativní rozdíl v rotačních frekvencích magnetického pole a rotoru se nazývá skluz:
S=(P1-P1) | P1
Vyjadřuje se v relativních jednotkách nebo procentech vzhledem k rychlosti rotoru P1, přičemž se bere v úvahu
Charakteristickým znakem asynchronního stroje je tedy přítomnost prokluzu, tzn. nerovnoměrnost frekvencí otáčení P1 a P1 Proto se stroj nazývá asynchronní (jeho rotor se otáčí asynchronně s polem).
Když asynchronní stroj pracuje v motorovém režimu, je rychlost rotoru menší než rychlost otáčení magnetického pole P1 Ve stroji se elektrická energie přeměňuje na mechanickou energii.
Pokud je rotor brzděn (S = 1), jedná se o zkratový režim. Pokud se frekvence otáčení rotoru shoduje s frekvencí otáčení magnetického pole (synchronní frekvence), tj. S = 0, nedochází k žádnému točivému momentu.
Pokud je rotor asynchronního stroje urychlován pomocí vnějšího krouticího momentu (například některým motorem) na frekvenci P2, větší než je rotační frekvence magnetického pole P1, pak směr EMF ve vodičích rotoru a aktivní složka proudu rotoru se změní. Současně elektromagnetický moment M také změní svůj směr, což se stane brzděním, tj. asynchronní stroj přejde do režimu generátoru (obr. 1.1, b). V generátorovém režimu přijímá asynchronní stroj mechanickou energii od hlavního tahače, přeměňuje ji na elektrickou energii a dodává ji do sítě, přičemž 0>S> - ∞.
Pokud rotujete rotorem z externího motoru ve směru opačném k rotaci magnetického pole (obr. 1.1, c), pak EMF a aktivní složka proudu ve vodičích rotoru jsou směrovány stejným způsobem jako v motorový režim, tj. stroj přijímá elektrickou energii ze sítě. V tomto režimu je však elektromagnetický moment M namířen proti otáčení rotoru, tedy brzdění. Tento režim činnosti asynchronního stroje je režim elektromagnetického brzdění. V tomto režimu se rotor otáčí opačným směrem (vzhledem ke směru magnetického pole), tedy P2
9-Návrh asynchronních strojů
Hlavní typy motorů. Asynchronní motory se dělí na dva hlavní typy: klec nakrátko a vinutý rotor (druhé se nazývají motory se sběracími kroužky). Uvažované motory mají stejnou konstrukci statoru a liší se pouze konstrukcí rotoru.
Motory s veverčí klecí jsou nejvíce
běžný; Elektrotechnický průmysl jich ročně vyprodukuje desítky milionů.
Na Obr. 1,2, A ukazuje celkový pohled na nejběžnější asynchronní motor s rotorem nakrátko uzavřeného foukaného provedení. Na statoru je třífázové vinutí. Vinutí rotoru je provedeno ve formě klece nakrátko, to znamená, že je zkratováno.
Provedení pláště (trupu, štítů atd.) do značné míry závisí na konstrukci stroje z hlediska stupně ochrany a na zvoleném chladicím systému. V uvažovaném provedení je tělo stroje opatřeno žebry pro lepší chlazení. Radiální ventilátor umístěný na hřídeli motoru vně pláště stroje fouká vzduch přes žebrovanou skříň motoru. Ventilátor je zakryt krytem vedení vzduchu.
Uvnitř stroje je vzduch míchán ventilačními lopatkami litými dohromady se zkratovacími kroužky. Ke skříni je připevněna svorkovnice, ve které je instalována svorkovnice s vyvedenými konci vinutí statoru.
U výkonnějších motorů je pro zvýšení intenzity chlazení vzduch hnán axiálními kanály rotoru samostatným ventilátorem nebo stejným ventilátorem, který fouká na vnější povrch stroje. K tomuto účelu se při použití jednoho společného ventilátoru vkládají do axiálních otvorů rotoru vzduchotechnické trubky, zajištěné v otvorech nosných kotoučů namontovaných na hřídeli rotoru (obr. 1.2, b). Tím se zabrání pronikání vnějšího vzduchu, který obsahuje vlhkost, do vinutí stroje. Koncové štíty mají žaluzie pro průchod a výstup vzduchu.
Jádro statoru (magnetické jádro) je sestaveno z lisovaných prstencových plechů z elektrooceli o tloušťce 0,35...0,5 mm. Listy mají v sobě vyražené drážky pro uložení vinutí (obr. 1.3). U velkých strojů je stator sestavován z plechů ve formě segmentů. Na plechy je na obou stranách nanesena izolace (oxidový film, lak atd.). Listy v jádrovém balíku jsou drženy pohromadě sponkami, svařováním nebo ve velkých strojích kolíky. U strojů nad 400 kW mají jádra obvykle radiální kanály pro lepší chlazení. Vznikají tak, že se jádro po jeho délce rozdělí na řadu balíků a mezi ně se instalují ocelové rozpěrky, které jsou přivařeny k vnějším plechům balíku.
Rýže. 1.2. Asynchronní motory s rotorem nakrátko: 1-zkratovací kroužky vinutí rotoru; 2, 10nosné štíty; 3 - ventilační lopatky; 4 - vinutí statoru;
5 - svorkovnice; b - tělo (lůžko); 7 - jádro statoru; 8jádrový rotor; 9-hřídel; 11-ventilátorová skříň; 12 - ventilátor; 13-podporný disk; 14 - trubka přívodu vzduchu
V drážkách magnetického obvodu statoru je umístěno vinutí z obdélníkového nebo kulatého drátu Vinutí obdélníkového drátu je vyrobeno ve formě tuhých sekcí a umístěno v otevřených nebo polootevřených drážkách (obr. 1.4, a, b). Vinutí kruhového drátu se obvykle nalévá do polouzavřených štěrbin štěrbinou ve štěrbině (obr. 1.5) pomocí speciálních statorových navíjecích strojů. U vysokonapěťových strojů je izolace těla cívek obvykle provedena ve formě stlačeného pouzdra (viz obrázek 1.4) U moderních asynchronních strojů se používají elektroizolační materiály tříd tepelné odolnosti B a F a u speciálních strojů provoz ve ztížených podmínkách, jsou použity materiály třídy H.
Obr 1.3 Jádro statoru a lisovaný plech
V moderních asynchronních strojích se používají elektroizolační materiály třídy tepelné odolnosti B a F a pro speciální stroje pracující v náročných podmínkách materiály třídy H.
U strojů se rozlišuje mezi turn-to-turn a izolací karoserie. Mezizávitová izolace (mezi závity vinutí) je zajištěna izolací samotného vodiče, která se na něj aplikuje během výrobního procesu v kabelových továrnách nebo při výrobě elektrického stroje. Izolace pouzdra odděluje vodiče vinutí od těla elektrického stroje. Používá různá těsnění, manžety nebo několik vrstev izolace nanesených na odpovídající cívku před její instalací do stroje
Obr 1.4OTEVŘENO(A)a polootevřené (b) statorové štěrbiny pro navíjení z tuhých sekcí -
1.4.5 - izolační těsnění 2 - vodiče 3 - izolace cívky (pouzdro) 6-klínový Rotor stroje se skládá z balíku elektrotechnických ocelových plechů s vyraženými drážkami. U rotorů nakrátko jsou drážky vyplněny hliníkem. V tomto případě jsou vytvořeny tyče klece nakrátko (obr. 1.6 a) Zkratovací koncové kroužky a ventilační lopatky jsou odlévány současně, celkový pohled na takový rotor je na Obr. 1,6, b. U větších a speciálních strojů se do drážek rotoru vkládají měděné (bronzové, mosazné) tyče, jejichž konce jsou připájeny (svařeny) do měděných kroužků nakrátko (obr. 1.6, c). Na hřídel je nalisován obal s hliníkovou klecí U rotorů s měděnou klecí jsou plechy sestaveny
přímo na hřídel a teprve poté se do drážek obalu vloží měděné tyče .
Rotory motoru se otáčí v ložiskách, zpravidla se používají valivá ložiska, u strojů nad 1000 kW se používají i kluzná ložiska. V případě potřeby je na hřídeli instalován ventilátor. Ložiska jsou upevněna v ložiskových štítech, ložiskové štíty jsou připevněny ke skříni statoru. Motory s vinutým rotorem nacházejí mnohem menší uplatnění než motory s klecovým rotorem a jsou průmyslově vyráběny převážně ve formě strojů s výkonem nad 100 kW.
Obr 1.5 Rýže. 1.5. Sloty pro stator pro hromadný typnolayer(A) a dvouvrstvé(b) obmoaktuální:
1 - vodiče; 2 - izolace drážky (plášť); 3 - kryt - klín; 4 - těsnění
Na Obr. Obrázek 1.7 ukazuje celkový pohled na asynchronní motor s rotorem s chráněnou fází. Pro lepší chlazení jsou magnetická jádra statoru a rotoru u strojů s vysokým a středním výkonem rozdělena do samostatných obalů, mezi kterými jsou ventilační potrubí. Ventilační lamely, zesílené
Rýže. 1.6. Konstrukce rotoru s veverkou:
/ - jádro rotoru; 2 - tyče do klece pro veverky; 3 - ventilační lamely
4 - zkratovací kroužky
na předních (vnějších) částech tuhých sekcí vinutí nasávejte vzduch do stroje otvory ve štítech a
vyhoďte ho otvory v těle. Tento typ větrání se nazývá symetrické radiální větrání. Sběrné kroužky jsou umístěny mimo plášť stroje.
Rýže. 1.7. Asynchronní motor s vinutým rotorem:
7 - svorkovnice; 2 -hřídel; 3 - ventilační lopatky; 4 - vinutí rotoru; 5 - vinutí statoru;
6.11 ložiskové štíty; 7-statorové jádro; 8- jádro rotoru; 9 - radiální ventilační potrubí; 10 - difuzor; 12-kartáčový traverz; 13 - pouzdro; 14pinové kroužky
Rýže. 1.8. Štěrbiny vinutého rotoru s náhodným vinutím z kruhového drátu(A) a s pevným vinutím(b):
1 - klín; 2 - vodiče; 3- těsnění; 4-drážková izolace (plášť)
výstupní konce vinutí rotoru procházejí otvorem v hřídeli a jsou spojeny se sběracími kroužky šrouby. Držáky kartáčů s kartáči jsou připevněny ke štítu pomocí kartáčové příčky. U motorů s vinutým rotorem je do štěrbin rotoru umístěno volné vinutí kruhového drátu (obr. 1.8, a) nebo vinutí sestávající z tuhých sekcí uložených v otevřených štěrbinách rotoru (obr. 1.8,6), popř. vinutí tyčí vložených do polouzavřených drážek na konci. Tři konce fázových vinutí jsou připojeny ke sběracím kroužkům namontovaným na hřídeli motoru.
10. Reference
1 I.P Kopylov - „Elektrické stroje“ - Moskva 2002
motor s vinutým rotorem natural charakteristický... Ohm. Obr. 1. Mechanické vlastnosti, S =. M S Otázka č. 2 Pro motor DC paralelní...Asynchronní motor s rotorem nakrátko
Laboratorní práce >> FyzikaUrčete experimentálně mechanické vlastnosti n(M), závislost mechanické moment na hřídeli motor protiskluzová M(S), prac vlastnosti asynchronní motor n(P2...
Při konstrukci modelů automatizovaného elektrického pohonu je nutné vzít v úvahu složitost elektromechanických procesů probíhajících v motoru během jeho provozu. Výsledky získané z matematických výpočtů by měly být ověřeny empiricky. Existuje tedy potřeba určit charakteristiky elektromotorů během experimentu v plném rozsahu. Informace získané během takového experimentu umožňují testovat sestrojený matematický model. Článek pojednává o metodě konstrukce mechanických charakteristik asynchronního motoru s rotorem nakrátko, provádí experimentální test vypočtených mechanických charakteristik na příkladu systému sestávajícího z asynchronního motoru, na jehož hřídeli je nezávisle buzen Stejnosměrný motor se připojí jako zátěž, odhadne chybu výpočtu a vyvodí závěr o možnosti využití získaných výsledků pro další výzkum. Při provádění experimentu se používá laboratorní stojan NTC-13.00.000.
asynchronní motor
DC motor
mechanické vlastnosti
ekvivalentní obvod
nasycení magnetického systému.
1. Voronin S.G. Elektrický pohon letadla: Vzdělávací a metodický komplex. - Offline verze 1.0. - Čeljabinsk, 1995-2011.- nemoc. 493, seznam lit. - 26 titulů
2. Moskalenko V.V. Elektrický pohon: učebnice pro studenty. vyšší učebnice provozoven. - M.: Ediční centrum "Akademie", 2007. - 368 s.
3. Moshchinsky Yu. A., Bespalov V. Ya., Kiryakin A. A. Stanovení parametrů náhradního obvodu asynchronního stroje pomocí katalogových dat // Elektřina. - č. 4/98. - 1998. - S. 38-42.
4. Technický katalog, druhé vydání, opraveno a rozšířeno / Vladimir Electric Motor Plant. - 74 s
5. Elektromotory a pohony Austin Hughes Základy, typy a aplikace. - Třetí vydání / School of Electronic and Electrical Engineering, University of Leeds. - 2006. - 431 rub.
Úvod
Asynchronní motor (AM) je elektromotor, který našel velmi široké uplatnění v různých průmyslových odvětvích a zemědělství. IM s rotorem nakrátko má vlastnosti, díky kterým je široce rozšířen: snadná výroba, což znamená nízké počáteční náklady a vysokou spolehlivost; vysoká účinnost v kombinaci s nízkými náklady na údržbu má v konečném důsledku za následek nízké celkové provozní náklady; možnost práce přímo ze sítě AC.
Provozní režimy asynchronního elektromotoru
Motory s kotvou nakrátko jsou asynchronní stroje, jejichž otáčky závisí na frekvenci napájecího napětí, počtu pólových párů a zatížení hřídele. Obecně platí, že při udržování konstantního napájecího napětí a frekvence, pokud je změna teploty ignorována, bude krouticí moment hřídele záviset na skluzu.
Točivý moment arteriálního tlaku lze určit pomocí Klossova vzorce:
kde , je kritický okamžik, je kritický skluz.
Kromě režimu motoru má asynchronní motor další tři režimy brzdění: a) brzdění generátorem s výstupem energie do sítě; b) brzdění s protispínacím spínačem; c) dynamické brzdění.
Při kladném skluzu bude klecový stroj fungovat jako motor, při záporném skluzu bude fungovat jako generátor. Z toho vyplývá, že proud kotvy motoru s kotvou nakrátko bude záviset pouze na skluzu. Když stroj dosáhne synchronní rychlosti, proud bude minimální.
Brzdění generátoru IM s uvolněním energie do sítě nastává, když otáčky rotoru překročí synchronní otáčky. V tomto režimu elektromotor dodává do sítě činnou energii a ze sítě je elektromotoru přiváděna jalová energie nutná k vytvoření elektromagnetického pole.
Mechanická charakteristika pro režim generátoru je pokračováním charakteristiky režimu motoru do druhého kvadrantu souřadnicových os.
Zpětné brždění odpovídá směru otáčení magnetického pole statoru, opačnému k otáčení rotoru. V tomto režimu je skluz větší než jedna a rychlost rotoru ve vztahu k rychlosti pole statoru je záporná. Proud v rotoru a následně ve statoru dosahuje velké hodnoty. Pro omezení tohoto proudu se do obvodu rotoru zavádí přídavný odpor.
Režim zpětného brzdění nastává, když se změní směr otáčení magnetického pole statoru, přičemž rotor elektromotoru a k němu připojené mechanismy se dále otáčejí setrvačností. Tento režim je možný i v případě, kdy pole statoru nemění směr otáčení a rotor vlivem vnějšího krouticího momentu mění směr otáčení.
V tomto článku se budeme zabývat konstrukcí mechanických charakteristik asynchronního motoru v motorovém režimu.
Sestrojení mechanické charakteristiky pomocí modelu
Pasové údaje AD DMT f 011-6у1: Uф =220 - jmenovité fázové napětí, V; p=3 - počet pólových párů vinutí; n=880 - jmenovitá rychlost otáčení, ot/min; Pn=1400 - jmenovitý výkon, W; Iн=5,3 - jmenovitý proud rotoru, A; η = 0,615 - účinnost nominální, %; cosφ = 0,65 - cos(φ) nominální; J=0,021 - moment setrvačnosti rotoru, kg m 2; Ki = 5,25 - násobek startovacího proudu; Kp = 2,36 - násobek rozběhového momentu; Km = 2,68 - multiplicita kritického momentu.
Ke studiu provozních režimů asynchronních motorů se používají provozní a mechanické charakteristiky, které jsou stanoveny experimentálně nebo vypočteny na základě ekvivalentního obvodu (EC). Pro použití SZ (obr. 1) potřebujete znát jeho parametry:
- R 1, R 2 ", RM - aktivní odpor fází statoru, rotoru a magnetizace;
- X 1, X 2 ", X M - indukční svodový odpor fází rotoru statoru a magnetizační větve.
Tyto parametry jsou vyžadovány pro určení startovacích proudů při výběru magnetických spouštěčů a stykačů, při provádění ochrany proti přetížení, pro regulaci a konfiguraci řídicího systému elektrického pohonu a pro simulaci přechodových procesů. Kromě toho jsou nezbytné pro výpočet spouštěcího režimu IM, určování charakteristik asynchronního generátoru, jakož i při návrhu asynchronních strojů za účelem porovnání výchozích a návrhových parametrů.
Rýže. 1. Ekvivalentní zapojení asynchronního motoru
Metodiku výpočtu parametrů náhradního obvodu využijeme pro stanovení činného a jalového odporu fází statoru a rotoru. Hodnoty účinnosti a účiníku při částečném zatížení potřebné pro výpočty jsou uvedeny v technickém katalogu: pf = 0,5 - dílčí zatížení, %; Ppf = Pн·pf - výkon při částečném zatížení, W; η _pf = 0,56 - účinnost při částečném zatížení, %; cosφ_pf = 0,4 - cos(φ) při částečném zatížení.
Hodnoty odporu v ekvivalentním obvodu: X 1 = 4,58 - reaktance statoru, Ohm; X 2 "=6,33 - reaktance rotoru, Ohm; R 1 =3,32 - činný odpor statoru, Ohm; R 2 "=6,77 - činný odpor rotoru, Ohm.
Sestrojme mechanickou charakteristiku asynchronního motoru pomocí Klossova vzorce (1).
Skluz je určen z výrazu ve tvaru:
kde je rychlost otáčení rotoru IM, rad/sec,
synchronní rychlost otáčení:
Kritická rychlost rotoru:
. (4)
Kritický snímek:
Z výrazu určíme bod kritického momentu
Rozběhový moment určíme pomocí Klossova vzorce při s=1:
. (7)
Na základě provedených výpočtů sestrojíme mechanickou charakteristiku krevního tlaku (obr. 4). Abychom to otestovali v praxi, provedeme experiment.
Konstrukce experimentálních mechanických charakteristik
Při provádění experimentu se používá laboratorní stojan NTC-13.00.000 „Electrodrive“. Existuje systém skládající se z IM, na jehož hřídel je jako zátěž připojen nezávisle buzený stejnosměrný motor (DCM). Je nutné zkonstruovat mechanickou charakteristiku asynchronního motoru s využitím pasportních dat asynchronních a synchronních strojů a údajů snímačů. Máme možnost měnit napětí budícího vinutí DPT, měřit proudy na kotvě synchronního a asynchronního motoru a frekvenci otáčení hřídele. Připojíme IM ke zdroji a zatížíme změnou proudu budícího vinutí DPT. Po provedení experimentu sestavíme tabulku hodnot ze snímačů:
stůl 1 Údaje snímače při zatížení asynchronního motoru
kde Iв je proud vinutí stejnosměrného motoru, I I je proud kotvy stejnosměrného motoru, Ω je rychlost rotoru asynchronního motoru, I 2 je proud rotoru asynchronního motoru.
Pasové údaje synchronního stroje typu 2P H90L UHL4: Pn=0,55 - jmenovitý výkon, kW; Unom=220 - jmenovité napětí, V; Uv.nom=220 - jmenovité budicí napětí, V; Iya.nom=3,32 - jmenovitý proud kotvy, A; Iv.nom=400 - jmenovitý budicí proud, mA; Rя=16,4 - odpor kotvy, Ohm; nn=1500 - jmenovitá rychlost otáčení, ot/min; Jdv=0,005 - moment setrvačnosti, kg m 2; 2p p =4 - počet pólových párů; 2a=2 - počet paralelních větví vinutí kotvy; N=120 - počet aktivních vodičů vinutí kotvy.
Proud vstupuje do rotoru DPT jedním kartáčem, protéká všemi závity vinutí rotoru a vystupuje přes druhý kartáč. Bod styku vinutí statoru s vinutím rotoru je přes desku komutátoru nebo segmenty, na které kartáč v daném okamžiku tlačí (kartáč bývá širší než jeden segment). Protože každý jednotlivý závit vinutí rotoru je propojen se segmentem komutátoru, prochází proud na své cestě rotorem vlastně všemi závity a všemi deskami komutátoru.
Rýže. 2. Proudy protékající rotorem stejnosměrného motoru se dvěma póly
Obrázek 2 ukazuje, že všechny vodiče ležící na pólu N mají kladný náboj, zatímco všechny vodiče pod pólem S nesou záporný náboj. Na všechny vodiče pod pólem N bude tedy působit síla směrem dolů (která je úměrná hustotě radiálního toku B a proudu rotoru), zatímco na všechny vodiče pod pólem S bude působit stejná síla směrem nahoru. V důsledku toho vzniká na rotoru točivý moment, jehož velikost je úměrná součinu hustoty magnetického toku a proudu. V praxi nebude hustota magnetického toku pod pólem zcela rovnoměrná, takže síla na některé vodiče rotoru bude větší než na ostatní. Celkový moment vyvíjející se na hřídeli se bude rovnat:
M = K T ФI, (8)
kde Ф je celkový magnetický tok, koeficient K T je pro daný motor konstantní.
Podle vzorce (8) lze regulace momentu (omezení) dosáhnout změnou proudu I nebo magnetického toku F. V praxi se regulace momentu nejčastěji provádí úpravou proudu. Proud motoru je regulován jeho řídicím systémem (nebo operátorem) změnou napětí přiváděného do motoru pomocí elektrických měničů výkonu nebo zařazením přídavných odporů do jeho obvodů.
Vypočítejme návrhovou konstantu motoru obsaženou v rovnici (8):
. (9)
Vytvořme spojení mezi tokem motoru a proudem budícího vinutí. Jak je známo z teorie elektrických strojů, vlivem saturace magnetické soustavy je tento vztah nelineární a má podobu znázorněnou na obrázku 3. Pro lepší využití železa je stroj konstruován tak, aby v nominálním režimu je pracovní bod na inflexi magnetizační křivky. Předpokládejme, že velikost magnetického toku je úměrná budícímu proudu.
Fpr. = Iв, (10)
kde Iв je budicí proud.
F - hodnota skutečného průtoku; F pr. - hodnota průtoku použitá pro výpočty
Rýže. 3. Poměr hodnot magnetického toku, akceptovaný a skutečný
Vzhledem k tomu, že IM a DPT mají v experimentu jeden společný hřídel, můžeme vypočítat točivý moment vytvořený DPT a na základě získaných hodnot a údajů snímače rychlosti sestrojit experimentální mechanickou charakteristiku IM (obrázek 4).
Obr.4. Mechanické charakteristiky asynchronního motoru: vypočtené a experimentální
Získaná experimentální charakteristika v oblasti nízkých hodnot točivého momentu se nachází pod charakteristikou vypočtenou teoreticky a výše v oblasti vysokých hodnot. Tato odchylka je spojena s rozdílem mezi vypočtenými a skutečnými hodnotami magnetického toku (obr. 3). Oba grafy se protínají v Фр.=Iв. nom.
Zaveďme opravu do výpočtů vytvořením nelineárního vztahu (obr. 5):
Ф=а·Iв, (11)
kde a je koeficient nelinearity.
Rýže. 5. Poměr magnetického toku k budícímu proudu
Výsledná experimentální charakteristika bude mít podobu znázorněnou na Obr. 6.
Obr.6. Mechanické charakteristiky asynchronního motoru: vypočtené a experimentální
Vypočítejme chybu experimentálních dat pro případ, kdy magnetický tok závisí lineárně na budícím proudu (10), a pro případ, kdy je tato závislost nelineární (11). V prvním případě je celková chyba 3,81%, ve druhém - 1,62%.
Závěr
Mechanická charakteristika, konstruovaná podle experimentálních dat, se liší od charakteristiky konstruované pomocí Klossova vzorce (1) v důsledku přijatého předpokladu Fpr = Iv, odchylka je 3,81 %, přičemž Iv = Iv.nom. = 0,4 (A) Tyto vlastnosti jsou stejné. Když Iв dosáhne jmenovité hodnoty, magnetický systém DPT se nasytí, v důsledku toho má další zvýšení budícího proudu stále menší vliv na hodnotu magnetického toku. Pro získání přesnějších hodnot točivého momentu je proto nutné zavést koeficient saturace, který umožňuje zvýšit přesnost výpočtu 2,3krát. Mechanická charakteristika konstruovaná modelováním přiměřeně odráží činnost skutečného motoru a lze ji vzít jako základ pro další výzkum.
Recenzenti:
- Pyukke Georgy Aleksandrovich, doktor technických věd, profesor katedry řídicích systémů Kamčatské státní technické univerzity, Petropavlovsk-Kamčatskij.
- Potapov Vadim Vadimovich, doktor technických věd, profesor pobočky federální univerzity Dálného východu, Petropavlovsk-Kamčatskij.
Bibliografický odkaz
Likhodedov A.D. KONSTRUKCE MECHANICKÝCH VLASTNOSTÍ ASYNCHRONNÍHO MOTORU A JEHO TESTOVÁNÍ // Moderní problémy vědy a vzdělávání. – 2012. – č. 5.;URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=6988 (datum přístupu: 02/01/2020). Dáváme do pozornosti časopisy vydávané nakladatelstvím "Akademie přírodních věd"
