Механічна характеристика асинхронного двигуна при різних режимах, напругах та частотах. Динамічна механічна характеристика асинхронного двигуна Конструкція статора обмоток. Одношарові та двошарові петлеві обмотки

Механічною характеристикою двигунаназивається залежність частоти обертання ротора від моменту валу n = f (M2). Так як при навантаженні момент холостого ходу малий, то M2 M і механічна характеристика представляється залежністю n = f (M). Якщо врахувати взаємозв'язок s = (n1 – n)/n1, то механічну характеристику можна отримати, представивши її графічну залежність у координатах n та М (рис. 1).

Мал. 1. Механічна характеристика асинхронного двигуна

Природна механічна характеристика асинхронного двигунавідповідає основній (паспортній) схемі його включення та номінальним параметрам напруги живлення. Штучні характеристикивиходять, якщо включені будь-які додаткові елементи: резистори, реактори, конденсатори. При живленні двигуна не номінальною напругою характеристики також відрізняються від механічної природної характеристики.

Механічні характеристики є дуже зручним та корисним інструментом при аналізі статичних та динамічних режимів електроприводу.

Основні точки механічної характеристики: критичне ковзання і частота, максимальний момент, пусковий момент, номінальний момент.

Механічна характеристика - це залежність крутного моменту від ковзання, або, інакше кажучи, від кількості обертів:

З виразу видно, що ця залежність дуже складна, оскільки, як свідчать формули)
і , ковзання входить також у вирази для I 2 і cos? 2. Механічна характеристика асинхронного двигуна дається зазвичай графічно

Початкова точка характеристики відповідає n= 0 і s= 1: це перша мить запуску двигуна. Величина пускового крутного моменту M n - Дуже важлива характеристика експлуатаційних властивостей двигуна. Якщо M n малий, менший за номінальний робочий момент, двигун може запускатися тільки вхолосту або при відповідно зниженому механічному навантаженні.

Позначимо символом M np протидіє (гальмівний) момент, створюваний механічним навантаженням на валу, при якій двигун пускається. Очевидною умовою для можливості запуску двигуна є: M n > M np . Якщо ця умова виконана, ротор двигуна почне рухатися, число оборотів його nзростатиме, а ковзання sзменшуватись. Як видно з зображення вище, крутний момент двигуна при цьому росте від M n до максимального M m , що відповідає критичному ковзанню s kp, отже, зростає і надмірна потужність двигуна, що визначається різницею моментів Mі M np .

Чим більша різниця між моментом двигуна (можливим при даному ковзанні за робочою характеристикою) М та протидіючим М np , тим легше режим запуску і тим швидше двигун досягає швидкості обертання.

Як показує механічна характеристика, при певній кількості оборотів (при s = s kp) наявний крутний момент двигуна досягає максимально можливого для даного двигуна (при даній напрузі U ) значення M т . Далі двигун продовжує збільшувати швидкість обертання, але наявний крутний момент його швидко зменшується. При якихось значеннях nі sкрутний момент двигуна стає рівним протидіє: пуск двигуна закінчується, число оборотів його встановлюється на значенні, що відповідає співвідношенню:

Це співвідношення є обов'язковим для всіх режимів навантаження двигуна, тобто для всіх значень M np , що не виходять за межі максимального обертального моменту двигуна М т . У цих межах двигун сам автоматично пристосовується до всіх коливань навантаження: якщо під час роботи двигуна його механічне навантаження збільшується, на якусь мить M npстане більше моменту, що розвивається двигуном. Оберти двигуна почнуть знижуватися, а момент збільшуватись.

Швидкість обертання встановиться на новому рівні, що відповідає рівності M і M np . При зниженні навантаження процес переходу до нового режиму навантаження буде зворотним.

Якщо навантажувальний момент M np перевищить М т , Двигун відразу зупиниться, так як з подальшим зменшенням оборотів крутний момент двигуна зменшується.

Тому максимальний момент двигуна М тназивається ще перекидальним або критичним моментом.

Якщо у формулу моменту підставити:

то отримаємо:

Взявши першу похідну від М і прирівнявши її до нуля, знайдемо, що максимальне значення крутного моменту настає за умови:

тобто при такому ковзанні s = s kp , при якому активний опір ротора дорівнює індуктивному опору

Значення s kp у більшості асинхронних двигунів лежать не більше 10 - 25%.

Якщо написану вище формулу моменту замість активного опору r 2 підставити індуктивне за формулою

Максимальний момент, що обертає, асинхронного двигуна пропорційний квадрату магнітного потоку (а значить, і квадрату напруги) і назад пропорційний індуктивності розсіювання обмотки ротора.

При сталості напруги, що підводиться до двигуна, його потік Ф залишається майже незмінним.

Індуктивність розсіювання роторного ланцюга теж практично стала. Тому при зміні активного опору в ланцюзі ротора максимальне значення крутного моменту M т змінюватися не буде, але наступатиме при різних ковзаннях (зі збільшенням активного опору ротора - при великих значеннях ковзання).

Очевидно, що максимум можливого навантаження двигуна визначається значенням його M т . Робоча частина характеристики двигуна лежить у вузькому діапазоні чисел обертів від n, відповідного M т , до. При n = n 1 (кінцева точка характеристики) М = 0, тому що при синхронній швидкості ротора s = 0 і I 2 = 0.

Номінальний крутний момент, що визначає значення паспортної потужності двигуна, приймається зазвичай рівним 0,4 - 0,6 від M т . Таким чином, асинхронні двигуни допускають короткочасні навантаження у 2 - 2,5 рази.

Основним параметром, що характеризує режим роботи асинхронного двигуна, є ковзання s - відносна різниця частоти обертання ротора двигуна n та його поля n про: s = (n o - n) / n o .

Область механічної характеристики, що відповідає 0 ≤ s ≤ 1 - область рухових режимів, причому при s< s кр работа двигателя устойчива, при s >s кр – нестійка. При s< 0 и s >1 момент двигуна спрямований проти напрямку обертання його ротора (відповідно рекуперативне гальмування та гальмування противключенням).

Стійка ділянка механічної характеристики двигуна часто описується формулою Клосса, підстановкою в яку параметрів номінального режиму можна визначити критичне ковзання s кр:

,

де: λ = M kp / M н – перевантажувальна здатність двигуна.

Механічна характеристика за даними довідника чи каталогу приблизно може бути побудована за чотирма точками (рис. 7.1):

Точка 1 – ідеальний холостий хід, n = n o = 60 f/p, М = 0, де: р – число пар полюсів магнітного поля двигуна;

Точка 2 – номінальний, режим: n = n н, М = М н = 9550 P н/n н, де P н – номінальна потужність двигуна в кВт;

Точка 3 - критичний режим: n = n кр, М = М кр = М н;

Точка 4 – режим пуску: n = 0, М = М пуск = β М н.

При аналізі роботи двигуна в діапазоні навантажень до М н і дещо більше стійку ділянку механічної характеристики можна приблизно описати рівнянням прямої лінії n = n 0 - вМ, де коефіцієнт "в" легко визначається підстановкою рівняння параметрів номінального режиму n н і М н.

Конструкція статора обмоток. Одношарові та двошарові петлеві обмотки.

За конструкцією котушок обмотки поділяють на всипні з м'якими котушками і обмотки з жорсткими котушками або напівкотушками. М'які котушки виготовляють із круглого ізольованого дроту. Для надання необхідної форми їх попередньо намотують на шаблони, а потім укладають в ізольовані трапецеїдальні пази (див. рис. 3.4, в, гта 3.5, в); міжфазові ізоляційні прокладки встановлюють у процесі укладання обмотки. Потім котушки зміцнюють у пазах за допомогою клинів або кришок, надають їм остаточної форми (формують лобові частини), здійснюють бандажування обмотки та її просочення. Весь процес виготовлення всипних обмоток можна повністю механізувати.

Жорсткі котушки (напівкотушки) виготовляють із прямокутного ізольованого дроту. Остаточну форму їм надають до укладання пази; одночасно на них накладають корпусну та міжфазову ізоляцію. Потім котушки укладають у попередньо ізольовані відкриті або напіввідкриті пази , зміцнюють і піддають просоченню.

1. Одношарові обмотки- найбільш придатні для механізованого укладання, тому що в цьому випадку обмотка повинна бути концентричною і укладатися в пази статора обома сторонами котушки одночасно. Однак застосування їх призводить до збільшеної витрати обмотувального дроту через значну довжину лобових частин. Крім того, в таких обмотках неможливо виконати укорочення кроку, що призводить до погіршення форми магнітного поля в повітряному зазорі, збільшення додаткових втрат, виникнення провалів в механічній характеристиці і підвищенню шуму. Однак через свою простоту та дешевизну такі обмотки широко застосовують в асинхронних двигунах невеликої потужності до 10-15 кВт.

2. Двошарові обмотки- дозволяють виконати скорочення кроку обмотки на будь-яку кількість зубцевих поділів, завдяки чому покращується форма магнітного поля, створюваного обмоткою, і пригнічуються вищі гармонійні кривої ЕРС. Крім того, при двошарових обмотках виходить простіша форма лобових з'єднань, що спрощує виготовлення обмоток. Такі обмотки застосовують для двигунів потужністю понад 100 кВт із твердими котушками, які укладають вручну.

Обмотки статора.Одношарові та двошарові хвильові обмотки

У пазах сердечника статора розміщується багатофазна обмотка, яка приєднується до мережі змінного струму. Багатофазні симетричні обмотки з числом фаз твключають тфазних обмоток, які з'єднуються у зірку чи багатокутник. Так, наприклад, у разі трифазної обмотки статора число фаз т = 3 та обмотки можуть з'єднуватися в зірку або трикутник. Між собою обмотки фаз зміщені на кут 360/ тград; для трифазної обмотки цей кут дорівнює 120 °.

Обмотки фаз виконуються з окремих котушок, з'єднаних послідовно, паралельно чи послідовно-паралельно. В даному випадку під котушкоюмаються на увазі кілька послідовно з'єднаних витків обмотки статора, розміщених в одних і тих же пазах і мають загальну ізоляцію щодо стінок паза. В свою чергу виткомвважаються два активних (тобто розташованих у самому сердечнику статора) провідника, покладених у двох пазах під сусідніми різноіменними полюсами і з'єднаних один з одним послідовно. Провідники, розташовані поза сердечником статора і що з'єднують активні провідники між собою, називаються лобовими частинами обмотки. Прямолінійні частини котушок обмоток, покладені в пази, називаються сторонами котушок або пазовими частинами.

Пази статора, які укладаються обмотки, утворюють на внутрішній стороні статора так звані зубці. Відстань між центрами двох сусідніх зубців сердечника статора, виміряна по поверхні, зверненої до повітряного зазору, називається зубцевим розподіломабо пазовим розподілом.

Багатошарові циліндричні котушкові обмотки (малюнок 3) намотуються з круглого дроту і складаються з багатошарових котушок дискових, розташованих уздовж стрижня. Між котушками (через кожну котушку або через дві-три котушки) можуть бути залишені радіальні канали для охолодження. Такі обмотки застосовуються на стороні вищої напруги при Sст ≤ 335 кВ×А, Iст ≤ 45 А та Uл.н ≤ 35 кВ.

Одношарові та двошарові циліндричні обмотки (рисунок 4) намотуються з одного або декількох (до чотирьох) паралельних прямокутних провідників і застосовуються при Sст ≤ 200 кВ×А, Iст ≤ 800 А та Uл.н ≤ 6 кВ.

Електропривод змінного струму

Класифікація електроприводів змінного струму

На основі синхронних двигунів.

а) ЦД з електромагнітним збудженням,

б) ЦД із збудженням від постійних магнітів.

Синхронні машини можуть працювати в трьох режимах: генераторному, руховому та в режимі синхронного компенсатора.

Найбільш поширеним режимом роботи синхронних машин є генераторний режим. На теплових електростанціях встановлені турбогенератори потужністю 1200 МВт на 3000 об/хв та 1600 МВт на 1500 об/хв. На відміну від швидкохідних турбогенераторів, гідрогенератори – це тихохідні машини, як правило, з вертикальною віссю обертання. Для підвищення динамічної стійкості енергосистем та підвищення якості електроенергії використовуються синхронні компенсатори, виконані на базі явно- та неявно полюсних синхронних машин.

У режимі двигуна синхронні машини використовуються як приводні двигуни потужних насосів, вентиляторів, повітродувок. Гранична потужність синхронних двигунів досягає кількох сотень мегават. Також у різних електроприводах широко використовуються синхронні мікродвигуни, у яких створення поля збудження використовуються постійні магніти.

Як правило, синхронні генератори та двигуни експлуатуються з cos φ= 0,8 ÷ 0,9.

На базі асинхронних двигунів із КЗ ротором.

а) трифазний АТ,

б) двофазний АТ.

На основі асинхронних двигунів з фазним ротором.

Асинхронні машини найбільшого поширення набули як двигуни. Гранична потужність асинхронних двигунів – кілька десятків мегават. Для насосів та аеродинамічних труб випускаються асинхронні двигуни потужністю до 20 МВт. В індикаторних системах застосовуються асинхронні двигуни від часток ват до сотень ват.

Нині асинхронні двигуни випускаються єдиними серіями. Основна серія асинхронних машин 4А включає двигуни від 0,4 до 400 кВт. Розроблено єдину серію асинхронних машин АІ, АІР, 5А та RА. Двигуни серії АТД виконуються з короткозамкненим масивним ротором та водяним охолодженням статора обмотки.

Асинхронні двигуни з короткозамкненим ротором серії 4А можна розділити на два різновиди за ступенем захисту та за способом охолодження. Машини закриті, захищені від попадання всередину її бризок будь-якого напрямку та предметів діаметром більше 1 мм, мають зовнішній обдув вентилятором. За ГОСТом це виконання має позначення IP44. Другим різновидом конструкції є машини з виконанням за ступенем захисту IP23. У цих машинах забезпечується захист від можливості зіткнення предметів діаметром більше 12,5 мм з струмоведучими частинами машини, що обертаються. Виконання IP23 передбачає захист від попадання всередину машини крапель, що падають під кутом 60° до вертикалі (захищене виконання).

Відмінною особливістю машин із фазним ротором є наявність на роторі обмотки з провідників круглого або прямокутного перерізу, початку якої виведені на контактні кільця. Вузол контактних кілець виведений із станини, а контактні кільця закриті кожухом. Струмознімний апарат складається з щіток і щіткотримачів. Система вентиляції та ступінь захисту двигунів з фазним ротором - IP23 та IP44.

Рівняння механічної характеристики асинхронного двигуна. схема заміщення однієї фази

На відміну від двигунів постійного струму магнітний потік збудження трифазного двигуна створюється змінним струмом обмоток і є обертовим. Поява в обмотці ротора ЕРС і струму, а отже, і крутного моменту на валу можлива, як відомо, тільки за наявності різниці між швидкістю обертання поля і швидкістю обертання ротора, що називається ковзанням

де ω - Швидкість обертання ротора.

Механічні характеристики асинхронного електродвигуна будують у вигляді залежності ковзання від моменту, що розвивається двигуном s=f(M)при постійній величині напруги та частоти мережі живлення.

Для отримання аналітичного виразу механічної характеристики трифазного двигуна використовується еквівалентна схема однієї фази двигуна при з'єднанні обмоток статора та ротора у «зірку». На еквівалентній схемі (рисунок 5.2) магнітний зв'язок між обмотками статора і ротора замінена електричною, а струм намагнічування та відповідні йому індуктивний та активний опір представлені у вигляді незалежного контуру, включеного на напругу мережі.

X 0

Мал. 5.1. Еквівалентна схема однієї фази двигуна.

Для цього малюнка

Uф– первинна фазна напруга;

I 1- Фазний струм статора;

I 2/ - Наведений струм ротора;

Х 1і Х 2 /– первинне та вторинне наведене реактивні опори розсіювання;

R 0і Х 0– активний та реактивний опір контуру намагнічування;

s – ковзання двигуна;

- Синхронна кутова швидкість двигуна, ;

R 1і R 2 / - первинне та наведене вторинне активні опору;

f 1- Частота мережі,

р- Число пар полюсів.

Параметри обмотки ротора (індуктивний, активний опір та струм ротора I 2) приведені до витків обмотки статора і режиму при нерухомому роторі. Крім того, еквівалентна схема розглядається за умови, що параметри всіх ланцюгів є постійними, а магнітний ланцюг ненасиченим.

Відповідно до наведеної схеми заміщення можна отримати вираз для вторинного струму:

(5.2)

Обертальний момент асинхронного двигуна може бути визначений з вираження втрат

, звідки

(5.3)

Підставляючи значення струму I 2/ у цей вислів, отримаємо:

(5.4)

Вираз для максимального моменту:

(5.5)

Знак "+" відноситься до рухового режиму (або гальмування противключенням), знак "-" - до гальмування генератора.

Позначивши отримаємо:

(5.6)

M до- максимальний момент (критичний момент) двигуна,

s до- критичне ковзання, що відповідає максимальному моменту.

З формули 5.5 видно, що при даному ковзанні момент двигуна пропорційний квадрату напруги, тому двигун чутливий до коливань напруги мережі.

На малюнку 5.2 зображено механічну характеристику асинхронного двигуна в різних режимах роботи. Характерними точками характеристики є:

1) - швидкість обертання двигуна дорівнює синхронній швидкості;

2) - номінальний режим роботи двигуна;

3) - критичний момент у руховому режимі;

4) - Початковий пусковий момент.

Позначивши кратність максимального моменту, отримаємо:

.

При двигун працює лише в пускових та гальмівних режимах, це неробоча частина характеристики (гіпербола).

При функції лінійна, її графіком є ​​пряма, яка називається робочою частиною механічної характеристики асинхронного двигуна. На цьому відрізку механічної характеристики двигун працює в режимі, що встановився. На цій же частині знаходяться точки, що відповідають номінальним даним двигуна: .

Мал. 5-2. Механічна характеристика асинхронного двигуна

Вихідні дані

Характеристика робочої машини: (частота обертання nнм = 35 об/хв; передатне відношення iпм = 14; момент розрахунковий Мсм = 19540 Н · м; коефіцієнт корисної дії зм = 80%; момент інерції Jм = 2200 кг · м2; механічна характеристика Мсм ( n) = 11200 + 16,8n напруга джерела живлення Uл = 660 В.

Розрахунок потужності та вибір трифазного асинхронного електродвигуна з короткозамкненим ротором.

Момент опору робочої машини, приведений до валу двигуна:

Mc = Mcм · (1 / iпм) · (1 / зм) = 19540 · (1/14) · (1/0,8) = 1744,6 Нм

Розрахункова частота обертання двигуна:

nр = nнм · iпм = 35 · 14 = 490 об / хв

Розрахункова потужність двигуна:

Pр = Mc · nр / 9550 = 1744,6 · 490/9550 = 89,5 кВт

За розрахованими значеннями потужності Pр, частоти обертання nрта заданої напруги мережі Uлвибираємо за каталогом трифазний асинхронний електродвигун із короткозамкненим ротором 4А355М12У3. Технічні дані обраного двигуна записуємо до таблиці 1:

Таблиця 1

Визначення параметрів електродвигуна, необхідних для розрахунку та побудови механічної характеристики:

• - Число пар полюсів двигуна p;
• - частоту обертання магнітного поля n0;
• - номінальне ковзання двигуна sн;
• - критичне ковзання двигуна sкр;
• - момент номінальний двигун Mн;
• - момент критичний (максимальний) двигуна Mкр(max);
• - момент пускового двигуна Mп.

Для визначення числа пар полюсів електродвигуна скористаємося виразом, що описує зв'язок частоти обертання магнітного поля n0, про/хв(синхронної частоти обертання) з частотою мережі живлення f, Гцта числом пар полюсів p:

n0=60f/p, про/хв,

звідки p=60f/n0. Оскільки синхронна частота обертання n0нам невідома, чи можна з малою похибкою визначити кількість пар полюсів p, замінивши n0паспортним значенням номінальної частоти обертання двигуна n(оскільки значення nвідрізняється від n0на 2% - 5%), отже:

p?60f/nн=60· 50/490=6,122

Число пар полюсів не може бути дробовим, тому округляємо отримане значення pдо цілого числа. Отримуємо p=6.

Частота обертання магнітного поля (синхронна частота обертання двигуна):

n0=60f /p=60·50/6=500 об/хв

Номінальне ковзання двигуна:

sн = (n0 - nн) / n0 = (500 -490) / 500 = 0,02

Критичне ковзання двигуна

sкр = sн (л +)=0,02(1,8+) =0,066

Момент номінальний двигун визначаємо через номінальні (паспортні) значення потужності Pн = 90 кВт,та частоти обертання nн = 490 об / хв

Mн=9550 Pн/nн =9550 · 90/490 = 1754,082 Н · м

Момент пусковий визначаємо через номінальний момент Mнта взяте з каталогу значення коефіцієнта пускового моменту кп = Mп / Mн = 1

Mп = кп · Mн = 1 · 1754,082 = 1754,082 Н · м

Момент критичний (максимальний) двигуна визначаємо через номінальний момент Mнта взяте з каталогу значення коефіцієнта перевантажувальної здатності двигуна

л = Mmax / Mн = 1,8

Mкр (max) = л · Mн = 1,8 1754,082 = 3157,348 Н · м

Для трифазного асинхронного електродвигуна 4А355М12У3 (вибраного в п.1) побудувати механічну характеристику, використовуючи знайдені в завданні значення величин.

Для побудови робочої ділянки механічної характеристики значення моментів, що розвиваються двигуном при значеннях ковзання s< sкр, обчислимо за виразом M = 2Mmax / (s / sкр + sкр / s).

Приймаючи послідовно значення s=0; sн = 0,02; sкр=0,066, визначимо значення моментів M,відповідні цим ковзанням (кожному моменту надамо індекс значення ковзання):

M0 = 2 · 3157,348 / (0 / 0,066 +0,066 / 0) = 0;

Мн = 2 · 3157,348 / (0,02 / 0,066 +0,066 / 0,02) = 1752,607 Н · м;

М01 = 2 · 3157,348 / (0,1 / 0,066 +0,066 / 0,1) = 2903,106 Н м

Мкр = 2 · 3157,348 / (0,066 / 0,066 +0,066 / 0,066) = 3157,348 Н · м.

Знаходимо поправочний коефіцієнт bдля розрахунку значень моментів на ділянці характеристики з великими значеннями ковзання ( s > sкр):

b=Mп - 2Mmax/((1/sкр)+sкр)= 1754,082-2 · 3157,348 / ((1 / 0,066) +0,066) = 1339,12 Н · м.

3.3 Для ділянки розгону двигуна (при s > sкр) значення моментів, що розвиваються двигуном, визначаємо за виразом М = (2Mmax / (s / sкр + sкр / s)) + b · s. Задаючись значеннями ковзання s = 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1,0, розрахуємо значення моментів:

М02 = 2 · 3157,348 / (0,2 / 0,066 +0,066 / 0,2) + 1339,12 · 0,2 = 2147,028 Н · м;

М03 = 2 · 3157,348 / (0,3 / 0,066 +0,066 / 0,3) + 1339,12 · 0,3 = 1726,834 Н · м;

М04 = 2 · 3157,348 / (0,4 / 0,066 +0,066 / 0,4) + 1339,12 · 0,4 = 1549,958 Н · м;

М05 = 2 · 3157,348 / (0,5 / 0,066 +0,066 / 0,5) + 1339,12 · 0,5 = 1488,825 Н·м;

М06 = 2 · 3157,348 / (0,6 / 0,066 +0,066 / 0,6) + 1339,12 · 0,6 = 1489,784 Н·м;

М07 = 2 · 3157,348 / (0,7 / 0,066 +0,066 / 0,7) + 1339,12 · 0,7 = 1527,523 Н · м;

М08 = 2 · 3157,348 / (0,8 / 0,066 +0,066 / 0,8) + 1339,12 · 0,8 = 1588,737 Н · м;

М09 = 2 · 3157,348 / (0,9 / 0, 0,066 +0,066 / 0,9) + 1339,12 · 0,9 = 1665,809 Н·м;

М1 = 2 · 3157,348 / (1,0 / 0,066 +0,066 / 1,0) + 1339,12 · 1.0 = 1754,082 Нм.

Результати розрахунків заносимо до таблиці 3.

Користуючись виразом n = n0 (1-s),для кожного значення ковзання sобчислюємо частоту обертання валу двигуна n:

n0=500 (1 - 0) = 500 об/хв;

nн = 500 (1 - 0,02) = 490 об/хв;

nкр = 500 (1-0,066) = 467 об / хв;

n01 = 500 (1 - 0,1)= 450 про/хв;

n02 = 500 (1 - 0,2) = 400 про/хв;

n03 = 500 (1 - 0,3)= 350 про/хв;

n04 = 500 (1 - 0,4)= 300 про/хв;

n05 = 500 (1 - 0,5)= 250об/хв;

n06 = 500 (1 - 0,6)= 200 об/хв;

n07 = 500 (1 - 0,7)= 150 об/хв;

n08 = 500 (1 - 0,8)= 100 об/хв;

n09 = 500 (1 - 0,9) = 50 об/хв;

n1 = 500 (1 - 1) = 0 об / хв.

Результати розрахунків заносимо до таблиці 3.

За результатами обчислень будуємо у масштабі графік механічної характеристики n(M):

4. Обґрунтувати спосіб підключення фазних обмоток раніше обраного двигуна 4А355М12У3 з номінальною напругою Uн=380/660 Удо електричної мережі з напругою Uл = 660и Ст.Визначити пусковий, фазні та лінійні номінальні струми двигуна при вибраному способі підключення його обмоток. Розрахувати пусковий, фазні та лінійні струми, моменти пусковий та критичний, потужність двигуна, що відповідають номінальному ковзанню, при помилковому виборі способу підключення фазних обмоток.

Обмотки трифазного двигуна можуть підключатися до мережі живлення зіркою або трикутником в залежності від номінальної напруги фазної обмотки Uнта лінійної напруги мережі Uл. У паспорті двигуна зазвичай зазначено 2 напруги, на які можна підключати двигун. При підключенні необхідно враховувати, що фазні обмотки розраховані на менше двох напруг (у нашому випадку 380 В). Наш двигун слід підключати до мережі з'єднанням зірка, т.к. Uф = Uл /(Uф = 660В / = 380В). асинхронний електродвигун ротор вал

Лінійний номінальний струм двигуна визначимо з виразу потужності трифазного ланцюга:

P1н = Uл Iл cosцн, де Uл = 660 В- лінійна (номінальна) напруга електричної мережі; P1н, Вт,- номінальна активна електрична потужність двигуна, яку

визначаємо через номінальну паспортну потужність на валу двигуна Pнз урахуванням втрат у двигуні:

P1н = Pн / зн = 90 · 10 3 / 0,915 = 98,361 · 10 3 Вт.

Струм лінійний номінальний двигуна:

Iл(н)=P1н/( Uл cosцн) = 98,361 · 10 3 / · 660 · 0,77 = 111,745 А.

Струми фазний номінальний при з'єднанні зіркою дорівнює лінійному:

Iф = Iл = 111,745 А.

Пусковий струм двигуна визначаємо через номінальний лінійний струм Iн = 66,254 Ата коефіцієнт пускового струму кI=Iп/Iн =5,5:

Iп = Iн · кI = 111,745 · 5,5 = 614,598 А.

Визначаємо основні характеристики двигуна при хибному виборі способу підключення двигуна, тобто при з'єднанні фазних обмоток трикутником (?).Позначимо характеристики двигуна при помилковому способі підключення двигуна X! (I!, U!, М! ,Р!).При з'єднанні трикутником фазна напруга Uфрівні лінійним Uл = 660 В . Отже напруга на фазних обмотках стане рівною U!ф = Uл = 660Вщо в раз перевищує номінальну напругу і може призвести до пробою ізоляції обмоток двигуна.

Фазні струми, відповідно до закону Ома, прямо пропорційні фазному напрузі Uф і обернено пропорційні повному опору фазних обмоток zф: Iф = Uф/zф. Отже, фактичні значення фазних струмів, як і фазні напруги, відразу перевищать номінальні значення, тобто.

I!ф =· Iф = · 111,745 = 193,548 А.

Лінійні струми при з'єднанні трикутником Iн =· Iф. Отже, фактичні значення лінійних струмів дорівнюватимуть:

I!н=· I! ф = · · Iф = 3 · 111,745 = 335,235 A,що утричі перевищує номінальні значення лінійних струмів.

Пускові струми визначимо через фактичні значення лінійних струмів I!та коефіцієнт пускових струмів кI=Iп/Iн =5,5

I!п = I!н · кI = 335,235 · 5.5 = 1843,793 А,

в рази перевищує значення пускових струмів при підключенні зіркою.

Моменти, що розвиваються двигуном (пусковий Мп, максимальний Ммах) змінюються пропорційно квадрату напруги на фазних обмотках, тобто. М = км U2ф , де км- Коефіцієнт, що враховує основні параметри двигуна, що зв'язують момент, що розвивається двигуном, з напругою. Так як напруга на фазних обмотках при помилковому способі підключення двигуна (трикутником) збільшилася в раз, моменти двигуна збільшаться (2), тобто. у 3 рази.

При з'єднанні фазних обмоток двигуна зіркою:

М = км U2ф = км · 3802звідки км = М/3802.

При з'єднанні обмоток двигуна трикутником:

М! = км (U! ф) 2 = М · 6602 / 3802 = 3М.

Пусковий момент при підключенні двигуна трикутником (помилковим способом):

М!п=3Мп = 3 · 1754,082 = 5262,246 Н · м.

Критичний момент при підключенні двигуна зіркою:

М!кр=Мкр · 3= 3 · 3157,348 = 9472,044 Н · м.

Потужність на валу двигуна виражається Pн = Uл Iн зн cosцн. З величин, що входять до цього виразу, при помилковому виборі способу підключення двигуна змінюється лише лінійний струм Iл(напруга мережі Uл = 660 Вне змінюється). Відповідно до результату розрахунку п. 4.5.2. при помилковому підключенні двигуна зіркою струми лінійні збільшуються в 3 рази, отже, і потужність двигуна при номінальному ковзанні збільшиться в 3 рази і становитиме:

P!н = 3Pн = 3 · 90 = 270 кВт.

5. Визначити час запуску tпускта побудувати криву розгону електроприводу з електродвигуном 4А355М12У3 та робочою машиною з моментом інерції Jм= 9,68 кг·м2та механічною характеристикою

Мс = 11200+16,8n , Н · м.

Час розгону електроприводу визначаємо з рівняння руху приводу

М - Мс = (1/9,55) J · dn / dt,

замінивши нескінченно малі значення dnі dtна кінцеві значення ?nі ?t:

?t=(1/9,55) J·?n /(М - Мс)

Отримане вираз справедливо за умови, що статичні моменти Мі Мс, і момент інерції залежить від швидкості, тобто. (М - Мс) = constі J = const.Тому скористаємося наближеним графо-аналітичним методом розрахунку, для чого спільні механічні характеристики двигуна n(M)та робочої машини Мс(n)розбиваємо на періоди розгону, на кожному з яких приймаємо (М - Мс) = const.

Наводимо рівняння моменту статичного опору робочої машини до валу двигуна:

Mc=Mcм·(1/i)·(1/зп)=(11200+16,8n)/(14·0,915); Мс = 874,317 +1,312 · n, Н · м.

Визначаємо значення моменту статичного опору робочої машини Мсдля різних значень частоти обертання n, наведених у таблиці 3. Доповнюючи таблицю 3 результатами розрахунку значень Мс,отримаємо таблицю 4.

Mc = 874,317 +1,312 · 500 = 1530,317 Нм

Mc = 874,317 +1,312 · 490 = 1517,197 Н · м

Mc = 874,317 +1,312 · 467 = 1487,021 Н · м

Mc = 874,317 +1,312 · 450 = 1464,717 Н · м

Mc = 874,317 +1,312 · 400 = 1399,117 Н · м

Mc = 874,317 +1,312 · 350 = 1333,517 Н · м

Mc = 874,317 +1,312 · 300 = 1267,917 Н · м

Mc = 874,317 +1,312 · 250 = 1202,317 Н · м

Mc = 874,317 +1,312 · 200 = 1136,717 Н · м

Mc = 874,317 +1,312 · 150 = 1071,117 Н · м

Mc = 874,317 +1,312 · 100 = 1005,517 Н · м

Mc = 874,317 +1,312 · 50 = 939,917 Н · м

Mc = 874,317 +1,312 · 0 = 874,317 Н · м

За результатами розрахунків, наведеними в таблиці 4 будуємо спільні механічні характеристики n(M)і n(Mс).

Визначаємо момент інерції системи, наведений до валу двигуна:

J=Jд + Jм(nм/nд)2=9,58+2200(35/490)2=20,805 кг·м2

Спільні механічні характеристики двигуна n(M)та робочої машини Мс(n)розбиваємо на 10 періодів розгону таким чином, щоб на кожному періоді легше і точніше визначалися середні за період значення моментів Мк,розвиваються двигуном, та Москва-статичного опору на валу двигуна з боку робочої машини Вважаємо, що на кожному періоді частота обертання отримує збільшення ?nкпри постійному динамічному моменті (М – Мс), рівному середньому за період, і за виразом ?t=(1/9,55) J·?n /(М - Мс)визначаємо час розгону ?tккожного періоду. Результати розрахунків заносимо до таблиці 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
• ?tк=(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

Визначаємо час розгону електроприводу, підсумовуючи тривалість розгону на кожному періоді:

tпуск =0,136+0,166+0,21+0,268+0,265+0,377+0,318+0,191+0,1+0,13=2,161сек

Список використаної літератури

1. Електротехніка, електроніка та електропривод: метод. вказівки до виконання розрах.-граф. роботи / П. Т. Пономарьов; ред. Є. В. Лісових; Сиб. держ. ун-т шляхів повідомл. – Новосибірськ: СГУПС, 2014. – с.

2. Загальна електротехніка: підручник/ред. В. С. Пантюшин. - М.: Вищ. шк., 1970. – 568 с.

3. Електротехніка та електроніка: навч. для неелектротехн. спец. вузів/В.Г. Герасимов, Е.В. Кузнєцов, О.В. Ніколаєва [та ін]; за ред. В.Г. Герасимова. - М.: Вища школа. Електричні та магнітні ланцюги. – 1996. – 288 с.

Федеральне агентство з освіти

Державний освітній заклад вищої професійної освіти

Петрозаводський державний університет

Кольська філія

Кафедра «Високовольтної електроенергетики та електротехніки»

Дисципліна "_Електромеханіка_"

Пристрій асинхронні машини.

Контрольна робота

студента __2___ курсу

(група АВЕЕ - /06/3,5)

заочного відділення

Фізико-енергетичного факультету

спеціальність: 140201 - «Високовольтні електроенергетика та електротехніка»

Ваховського Володимира Олександровича

викладач –

проф., докт. техн. наук А.І. Ракаєв

Апатити

Механічні характеристики асинхронного двигуна (АТ).

1. Введення.

2. Асинхронні машини.

3. Рівняння механічної характеристики асинхронного двигуна.

4. Лінеарізація механічної характеристики асинхронного двигуна.

5. Механічні характеристики асинхронних двигунів при симетричних режимах

8. Пристрій асинхронні машини.

9. Принцип діїАсинхронні машини.

10. Список літератури

Механічні характеристики асинхронного двигуна (АТ).

1. Введення.

Електроприводи змінного струму широко застосовуються в промисловості, транспорті, будівельній індустрії та інших галузях народного господарства. Їхнє переважне поширення обумовлено: високою надійністю машини змінного струму через відсутність колектора, простотою керування нерегульованими приводами, оскільки більшість з них безпосередньо включається в мережу, низькою вартістю електричних машин і простими вимогами до їх обслуговування та правилами експлуатації.

Залежно від типу використовуваного двигуна розрізняють як приводи змінного і постійного струму, а й асинхронні, синхронні, крокові та інші різновиди приводів. Однак не слід думати, що приводи змінного струму всюди можуть застосовуватися замість приводів постійного струму. Для кожного виду приводу є області перспективного використання, що склалися. Причому важко однозначно і безперечно перерахувати наперед усі фактори, які визначають вибір роду струму для приводу. Поряд із традиційними приводами, побудованими на базі асинхронних та синхронних машин, в останні десятиліття застосовують приводи змінного струму з універсальними та кроковими двигунами, двигунами подвійного живлення та з електромагнітною редукцією швидкості.

2. Асинхронні машини.

Принцип дії асинхронної машини в самому загальному вигляді полягає в наступному: один з елементів машини - статор використовується для створення магнітного поля, що рухається з певною швидкістю, а в замкнутих провідних пасивних контурах іншого елемента-ротора наводяться ЕРС, що викликають протікання струмів і утворення сил (моментів) при їх взаємодії із магнітним полем. Всі ці явища мають місце при несинхронно-асинхронному русі ротора щодо поля, що й дало машинам такого типу назву – асинхронні.

Статор зазвичай виконаний у вигляді кількох розташованих у пазах котушок, а ротор у вигляді «біличної клітини» (короткозамкнений ротор) або у вигляді кількох котушок (фазний ротор), які з'єднані між собою, виведені на кільця, розташовані на валу, і за допомогою ковзаючих за ними щіток можуть бути замкнуті на зовнішні резистори чи інші ланцюги.

Незважаючи на простоту фізичних явищ і конструктивів, що їх матеріалізують, повний математичний опис процесів в асинхронній машині дуже складно:

по-перше, всі напруги, струми, потокозчеплення-змінні, тобто. характеризуються частотою, амплітудою, фазою чи відповідними векторними величинами;

по-друге, взаємодіють рухомі контури, взаємне розташування яких змінюється у просторі;

по-третє, магнітний потік нелінійно пов'язаний з струмом, що намагнічує (проявляється насичення магнітного ланцюга), активні опори роторного ланцюга залежать від частоти (ефект витіснення струму), опору всіх ланцюгів залежать від температури і т.п.

Розглянемо найпростішу модель асинхронної машини, придатну пояснення основних явищ в асинхронному електроприводі.

Механічні характеристики двигуна повністю визначають якість роботи електромеханічної системи в режимі, що встановився, і її продуктивність. Вони також впливають і на динамічні режими електроприводу, характеризуючи надлишковий динамічний момент, що визначає прискорення або уповільнення двигуна

3. Рівняння механічної характеристики асинхронного двигуна

У сучасній практиці проектування використовуються програми, що враховують при розрахунку механічних характеристик намагнічування магнітної системи машини. Але при цьому втрачається наочність у їх дослідженні. Тому всі подальші залежності будуть знайдені під час виконання цього основного припущення.

Підведена до двигуна з мережі електрична потужність витрачається на покриття втрат у контурі намагнічування p μ , у міді статора p M 1 і залишок її перетворюється в електромагнітну потужність. Таким чином,

(4-12)

В свою чергу,

де ω 0 = 2π f 1 /p- Число пар полюсів статора машини.

Після незначних перетворень знайдемо

(4-14)

Отже, залежність M = f(s) є складною функцією від ковзання. Досліджуємо її на екстремум, взявши похідну

(4-15)

Прирівнявши чисельник виразу (4-15) нулю, знайдемо значення критичного ковзання s K , при якому залежність М =f(s) має максимум:

(4-16)

Фізично зменшення М при s s K і s > s K пояснюється так. При s s K зменшення ковзання пов'язане зі зменшенням струму та моменту двигуна, а при s > s K , хоч і відбувається збільшення струму двигуна, але його активна складова, що обумовлює електромагнітний момент, не зростає, а зменшується, що також призводить до зменшення моменту, що розвивається двигуном.

Позитивний знак s K відповідає руховому, а негативний – генераторному режиму роботи машини.

Слід пам'ятати, що, як і машини постійного струму, відносна величина r 1 зменшується зі збільшенням потужності машин і для двигунів потужністю 100 кВт становить 10-15% величини x 1 + x 2 ". Тому формулу (4-16) можна використовувати у спрощеній формі, нехтуючи r 1

де xК.З – індуктивний наведений опір короткого замикання.

Цього не можна робити для машин середньої та особливо малої потужності, у яких опір r 1 порівнянно з xК.З.

Використовуючи формули (4-14) і (4-16), можна отримати інший запис механічної характеристики асинхронного двигуна, якщо знайти значення його критичних моментів руховому МК.Д та генераторному МК.Г режими роботи:

(4-18)

Відношення критичних моментів

(4-19)

Тут прийнято позначення, що часто використовується:

(4-20)

Формула (4-19) показує, що значення критичного моменту машини в генераторному режимі може бути значно більшим, ніж у руховому режимі (див. рис. 4-8).

Для практичного використання зручніше інше, ніж у формулі (4-14), вираз механічної характеристики асинхронного двигуна. Знайдемо його, використовуючи формули (4-14), (4-17) та (4-20):

(4-21)

Якщо знехтувати впливом активного опору статора, то ε = 0, і формула (4-21) набуває такого вигляду (при МК.Д = МК.Г = МК):

(4-22)

Вперше вираз (4-22) отримав М. Kloss, тому його називають формулою Клосса.

Формули (4-21) або (4-22) зручніші для розрахунків, ніж (4-14), оскільки вони не вимагають знання параметрів двигуна. І тут всі розрахунки проводяться за даними каталогу. Зважаючи на те, що значення s K у каталогах не зазначено, його доводиться визначати на основі інших відомостей, наприклад, величини перевантажувальної здатності машини МДо / МНОМ = М. Тоді з формули (4-21) отримаємо:

(4-23)

звідки, розв'язуючи квадратне рівняння, знайдемо

де γ = λ М + (1 - λ М)ε.

У виразі (4-24) слід брати перед коренем знак плюс, оскільки інше значення s K суперечить фізичному змісту.

Наближене рішення рівняння (4-24) можна отримати за коефіцієнта ε = 0, але краще визначити його значення. Найбільш достовірні результати будуть отримані, якщо, маючи параметри машини, величину ε визначати з формули (4-20), a s K – з виразу (4-16). Для асинхронних двигунів з фазним ротором виразу (4-14) і (4-21) дають більш достовірні результати, так як у цих машинах менш помітні впливи насичення сталі та витіснення струму в обмотках ротора (скінефект).

4. Лінеарізація механічної характеристики асинхронного двигуна

На робочій ділянці механічної характеристики значення ковзання sбагато менше критичного s K. Тому в рівнянні (4-21) знехтуємо доданком ss K -1 і покладемо ε = 0. Тоді отримаємо

(4-25)

Таким чином, вираз (4-25) є лінеаризованою частиною механічної характеристики двигуна. Їм можна користуватись при варіаціях ковзання в межах 0 s sНОМ.

Мал. 4-5. Лінеаризовані механічні характеристики асинхронних двигунів

Для отримання штучних характеристик достатньо записати два рівняння прямих за однакових значень ковзання s i (рис. 4-5):

де індексами «і» та «е» відзначені штучна та природна характеристики, звідки легко знайти

(4-26)

За формулою (4-26) можна збудувати початкові ділянки будь-якої механічної характеристики. При цьому ковзання не повинно виходити за вказані межі.

Якщо ланцюг ротора введено сумарний опір R 2 НОМ, то при s= 1 в роторі протікатиме струм, відповідний номінальному моменту МНОМ . Тоді вираз (4-26) набуде вигляду

Останній вираз дозволяє записати для будь-якої штучної або природної характеристики наступне співвідношення:

де ρ П - відносна величина повного опору, включеного в роторний ланцюг машини ρ П = ρ 2 + ρ ДОБ; s - ковзання на відповідній механічній характеристиці.

Слід мати на увазі, що за R 2 = R 2 НОМ номінальне значення ковзання sН НОМ = 1 на даній штучній характеристиці .

5 Механічні характеристики асинхронних двигунів при симетричних режимах

Характеристики двигуна при зміні напруги мережі живлення або опорів у ланцюгу статора .

Симетричними називають такі режими роботи асинхронних двигунів (АТ), при яких мережа живлення симетрична за значенням і фазовим зсувом напруг, однакові активні або реактивні опори, що вводяться в електричні ланцюги всіх фаз і симетричні їх внутрішні параметри (кількість витків у фазах, кутові зсуви па інші фактори).

Насамперед розглянемо зміни у мережі. Зі співвідношення (4-9) випливає, що струм I 2 " пропорційний прикладеному напрузі, а момент - [див. вираз (4-14)] його квадрату. Це дозволяє побудувати механічні характеристики двигуна при будь-яких напругах (рис. 4-6). Очевидно формула (4-16) підтверджує сталість критичного ковзання s K. Вже за зниження напруги до 0,7 UНОМ критичний момент складає

Мал. 4-6. Механічні характеристики асинхронного двигуна при різних напругах живлення.

всього 49% MДо номінального режиму. Фактично зниження напруги виявляється ще більшим при пуску двигуна через великий пусковий струм. Все це призводить до того, що при довгих лініях живлення або великих машин при їх потужностях, порівнянних з потужністю трансформаторних підстанцій, необхідно виконати спеціальні розрахунки, що підтверджують можливість нормального пуску АТ і його роботи зі зниженою напругою.

З тих же причин встановлено спеціальний ГОСТ 13109-87 на якість електричної енергії, що передбачає післяаварійну зміну напруги в промисловій мережі лише в межах ±10% від номінального його значення.

Особливо небезпечним є зниження напруги для приводів, які за умовами експлуатації повинні запускатися під навантаженням (приводи транспортерів, вантажопідіймальних пристроїв, конверторів та багатьох інших механізмів). Наприклад, при пуску без навантаження (вхолосту) статичний момент транспортера не перевищує (0,2-0,3) МНОМ. Якщо ж привід транспортера був вимкнений під час роботи при повному навантаженні, то при повторному пуску зі зниженою напругою він повинен буде подолати МЗ ≈ МНОМ .

Для обмеження пускових струмів великих асинхронних машин або отримання плавного пуску асинхронного приводу застосовують включення активних або індуктивних опорів ланцюга статора, які виводяться в кінці пуску (рис. 4-7). Особливістю таких схем є залежність напруги на затискачах двигуна від величини струму.

Включення активного опору хоч і трохи підвищує коефіцієнт потужності приводу у пускових режимах, але водночас збільшує втрати енергії, порівняно з «реакторним» пуском.

Мал. 4-7. Механічні характеристики асинхронного двигуна при номінальній та зниженій напрузі або активному ( rДОБ) та реактивному ( xДОБ) додаткових опорах у статорі.

В останні десятиліття для двигунів великої потужності, що часто включаються і відключаються, використовують «частотний» пуск, що більш економічно. Для цієї мети встановлюється спеціальний перетворювач, який плавно змінює частоту живлення двигуна при пуску, тобто величину ω 0 . Одночасно з цим знижується напруга, що обмежує пусковий струм.

Характеристики асинхронного двигуна при включенні активних опорів у ланцюг ротора.

Асинхронні двигуни з фазним ротором широко використовуються в приводах підйомно-транспортних та металургійних установок, потужні двигуни застосовують у приводах вентиляторів, аеродинамічних труб та насосів. Завдяки включенню активних опорів у ланцюг ротора можна змінювати критичне ковзання такого АТ, вид його механічної характеристики, пусковий струм і момент.

Використання в приводах насосів та вентиляторів двигунів з фазним ротором дозволяє економічно регулювати їхню продуктивність, що приносить великий господарський ефект. Нагадаємо, що критичний момент не залежить від активного опору, введеного в роторний ланцюг, тому вибором rДІБ можна так змінювати механічні характеристики АТ, що максимальний момент привід матиме при пуску (ω = 0), або навіть в режимі противключення s K > 1 (рис. 4-8).

Збільшення rДОБ призводить до зростання активної складової струму ротора I 2 a "= I 2 "cosψ 2 , так як

(4-30)

де R 2 " = r 2 " + r" ДОБ - повний наведений активний опір вторинного ланцюга машини.

З цієї причини двигуни з фазним ротором, на відміну короткозамкнутых, мають великі пускові моменти при менших струмах. Ця властивість таких машин є основною умовою їхнього переважного використання у приводах з важкими режимами пуску (крани, металургійні установки, ротаційні машини та інші енергоємні механізми). Слід мати на увазі, що надмірне збільшення rДІБ призводить до різкого зменшення активної складової струму I 2 ". Тоді пусковий момент двигуна МП стає менше статичного моменту при торканні МТР . Внаслідок цього пуск приводу буде неможливим.

Штучну механічну характеристику можна розрахувати, використовуючи формулу (4-14) або (4-18), (4-20), (4-24) та (4-27). Методику розрахунку штучних показників АТ з фазним ротором можна спростити, базуючись наступних співвідношеннях. Запишемо вирази для рівних значень моментів М i на природній та будь-якій штучній характеристиці на підставі формули (4-21):

Значення ε не залежить від величини активної складової опору у вторинному ланцюзі машини, тому воно залишається незмінним для природної та штучної механічних характеристик. Отже, із формули (4-31) маємо

Заданими величинами можна вважати: критичні ковзання на штучній та природній характеристиках s K .І і s K .Е та ковзання на природній характеристиці s ei. Тоді з виразу (4-32) отримаємо

(4-33)

Таким чином, основою спрощеного розрахунку є природна механічна характеристика двигуна. Як було зазначено раніше для машин з фазним ротором, вона може бути отримана приблизно за виразом (4-22) і більш точно (4-21). Частина параметрів машин, необхідних цих розрахунків, вказується в каталогах чи довідниках , а частина - може бути визначено за наведеними вище формулами.

Мал. 4-8. Механічні характеристики двигуна із фазним ротором

6. Гальмівні режими асинхронних двигунів

Гальмівні режими для багатьох приводів з асинхронними машинами мають більш важливе значення, ніж режими пуску щодо вимог надійності і безвідмовності у здійсненні. Часто потрібна точна зупинка у заданому положенні або гальмування приводу протягом певного часу.

Для асинхронних двигунів використовують режими: генераторного гальмування із віддачею енергії у мережу; противмикання; динамічного гальмування з різними системами збудження статора постійним (випрямленим) струмом, коли машина працює генератором, розсіюючи енергію у вторинному ланцюзі; динамічного конденсаторного або магнітного гальмування із самозбудженням. Тому гальмівні режими за способом збудження магнітного поля статора можна розділити на дві групи: незалежного збудження, що здійснюється від мережі змінного або постійного струму (рекуперативного, противключення та динамічного гальмування) і з самозбудженням, що здійснюється в результаті обміну енергією з конденсаторною батареєю або при замиканні ста коли магнітний потік створюється ЕРС самоіндукції. За визначенням Л.П. Петрова останній вигляд називатимемо магнітним гальмуванням.

Всі перелічені режими застосовують для машин як із фазним, так і з короткозамкненим ротором.

У зв'язку з використанням потужних силових напівпровідникових приладів (тиристорів та транзисторів) з'явилися нові схеми реалізації типових гальмівних режимів асинхронних приводів.

Підвищення ефективності гальмування можна досягти застосуванням комбінованих способів реалізації. Слід особливо наголосити, що більшість комбінованих гальмувань є повністю керованими. Це ще більше підвищує їхню ефективність.

Найбільш ефективними є противключення та конденсаторно-динамічний гальмування (КДТ). Останній спосіб має багато схемних рішень. Його рекомендують використовувати для приводів з великими наведеними моментами інерції, наприклад, що перевищують дворазовий момент інерції двигуна.

Для малоінерційних приводів можна використовувати конденсаторно-магнітне гальмування (КМТ). Не менш ефективним буде і магнітно-динамічний гальмування (МДТ). Раціональні для окремих приводів та інші комбіновані види двох і навіть триступінчастого гальмування: противмикання - динамічного гальмування (ПДТ), конденсаторного гальмування та противмикання (КТП) та ін.

Таким чином, реалізація сучасних способів гальмування АТ значною мірою залежить від досвіду та знань розробника електроприводу. Тому детально розглянемо режими гальмування.

Гальмування з віддачею енергії у мережу. Оборотність асинхронного двигуна, як і інших машин, що використовують принцип електромагнітної індукції (максвеллівського типу), дозволяє йому працювати в генераторному режимі. Якщо на валу двигуна відсутнє навантаження, то енергія, що споживається з мережі, витрачається на покриття втрат у статорі, а також втрат у сталі та механічних втрат у роторі. Прикладаючи до валу машини зовнішній момент, що діє у напрямку обертання ротора, можна досягти синхронної швидкості. При цьому втрати в роторі покриваються вже зовнішнім джерелом енергії, а з мережі споживатиметься лише енергія, що йде на покриття втрат у статорі. Подальше збільшення швидкості вище за синхронну призводить до того, що асинхронна машина переходить в генераторний режим.

При роботі в цьому режимі провідники статора перетинаються магнітним полем у попередньому напрямку, а провідники ротора – у протилежному, тому ЕРС ротора Е 2 змінює знак, тобто. Е 2 "s = (- s)Е 2 " ≈ - Е 2 "s. Струм у роторі відповідно дорівнюватиме

(4-34)

Мал. 4-13. Векторна діаграма асинхронного двигуна, що працює у генераторному режимі

З виразу (4-34) видно, що при переході АТ в генераторний режим змінює напрямок тільки активна складова струму ротора, так як крутний момент на валу змінив свій напрямок у порівнянні з рухомим режимом. Це ілюструє векторну діаграму на рис. 4-13. Тут кут φ 1 > π/2, що підтверджує зміну причини появи струму I 1 у вигляді ЕРС E 1 (а не напруги мережі U 1 , як у руховому режимі), хоча напрямок струму намагнічування I μ збереглося колишнім. Зміна знака у активної складової струму I" 2 a призводить до того, що і електромагнітна потужність стає негативною, тобто віддається в мережу, оскільки s 0:

Знак же реактивної потужності вторинного контуру зберігається незмінним незалежно від режиму роботи машини, що випливає з виразу

Завдяки наявності активних статичних моментів гальмування використовують у підйомних установках (рис. 4-14,а), в транспортних приводах (рис. 4-14,б). Відмінність цих гальмівних режимах у тому, що у першому випадку (рис. 4-14,а) двигун при опусканні великого вантажу переключається з його спуск (ω 3 у четвертому квадранті при |ω| > |ω 0 |). Граничне значення моменту вантажу МЗ не повинно перевищувати МНОМ. При русі транспорту «під ухил» потенційна енергія вантажу, що переміщується починає сприяти руху і створює зовнішній рушійний момент, що прикладається до валу двигуна. Таким чином, у цьому випадку завдяки збільшенню швидкості приводу (ω > ω 0) та зміні знака ЕРС Е 2 двигун безпосередньо, без перемикання обмоток статора, переходить в генераторний режим з віддачею енергії в мережу (точка 2 на рис. 4-14,б).

Мал. 4-14. Механічні характеристики асинхронного двигуна за активного статичного моменту: а - спуск важкого вантажу; б - робота транспортного засобу «під ухил»

За наявності реактивного статичного моменту генераторне гальмування з рекуперацією енергії в мережу можна отримати в асинхронних двигунах з перемиканням числа полюсів або в приводах із частотним, частотно-струмовим та векторним регулюванням швидкості обертання АТ.

У першому випадку (рис. 4-15,а), перемикаючи статор машини з меншого числа полюсів на більше, зменшується синхронна швидкість 02

При частотному регулюванні швидкості, зменшуючи частоту живлення статора від основної f 1 до f 2 f 1 та f 3 f 2 поступово перемикають двигун з однієї механічної характеристики на іншу (рис. 4-15,б). Привід працює в гальмівному режимі з віддачею енергії в мережу, поки його робоча точка переміщається ділянками механічних характеристик, розташованих у другому квадранті. Змінюючи плавно і автоматично частоту живлення двигуна, можна отримати гальмівний режим приводу з моментом гальмування, що малозмінюється. Однак при цьому певним чином потрібно регулювати напругу живлення.

Мал. 4-15. Механічні характеристики асинхронного двигуна в режимі генераторного гальмування при статичному реактивному моменті: а - перемикання числа пар полюсів; б - частотне регулювання швидкості

Гальмування противключенням. Цей вид гальмування виникає при обертанні ротора двигуна під дією статичного моменту у напрямку, протилежному до обертання поля статора. За наявності реактивного моменту тривалість гальмування мала, після чого машина з гальмівного знову перетворюється на руховий режим, (рис. 4-16,а). Спочатку двигун працював у точці 1 рухового режиму, а потім після перемикання двох фаз обмотки статора змінюється напрямок обертання магнітного поля машини та її електромагнітний момент (точка 2 ). Рух приводу сповільнюється до точки Про, а потім відбувається реверс ротора і розгін двигуна в протилежному напрямку до руху, що встановився в точці 3 .

Для двигунів з фазним ротором за наявності великого додаткового опору можливе повне зупинення приводу з гальмівним моментом MТР (крапка 5 на рис. 4-16, а).

За наявності активного моменту (рис. 4-16,б), якщо змінюється напрямок обертання магнітного поля, як у попередньому випадку, двигун також змінює режим роботи, тобто має місце гальмування противключенням - другий квадрант, руховий режим з реверсом напрямку обертання ротора - третій квадрант і новий режим - генераторний з віддачею енергії в мережу - четвертий квадрант, де лежить точка тривалого руху, що встановився 3 .

Для двигунів з фазним ротором при активному статичному моменті режим противмикання можна отримати і без перемикання фаз статора, тільки введенням великих додаткових опорів у ротор (рис. 4-16 б). Тоді машина в руховому режимі з точки 1 переводиться в крапку 4 при введенні додаткового опору rД, і далі вона змінює свій рух за штучною механічною характеристикою, переходячи до четвертого квадранта. Крапка 5 відповідає тривалому руху асинхронного двигуна в режимі противключення.

Мал. 4-16. Схема включення та механічні характеристики асинхронного двигуна: а - у режимі противмикання при реактивному статичному моменті; б - те саме, при активному статичному моменті

Режим гальмування проти включенням часто використовується у підйомно-транспортних установках. Перемикання фаз статора, без введення додаткового опору використовується тільки в асинхронних двигунах з короткозамкненим ротором через те, що початкові значення струмів у точці 2 (мал. 4-16) трохи більше пускового, який становить (5-6) IНОМ. Для двигунів із фазним ротором такі піки струму взагалі неприпустимі. Недоліком гальмівних характеристик противключення є їх велика крутість і значні втрати енергії, яка повністю перетворюється на теплоту, що розсіюється у вторинному ланцюзі двигуна. Внаслідок великої крутості механічних характеристик можливі великі коливання швидкості приводу за незначних змін навантаження.

Якщо відомий момент МЗ, при якому необхідно здійснити гальмування, неважко розрахувати значення ковзання в цій точці за формулою (4-25), а потім за формулою (4-29) визначити додатковий опір.

Електродинамічний (динамічний) гальмування. Якщо відключити статор АТ від мережі, то магнітний потік залишкового намагнічування формує незначну ЕРС і струм ротор.

При незалежному збудженні отримують нерухомий потік статора, який індукує в обмотках ротора, що обертається, ЕРС і струм.

Мал. 4-17. Схеми включення обмоток статора асинхронного двигуна до мережі постійної (випрямленої) напруги

Для включення в мережу постійного (випрямленого) струму статора обмоток застосовують різні схеми їх з'єднання, частина з яких зображена на рис. 4-17.

Для аналізу режиму динамічного гальмування зручніше замінити МДС FП, що створюється постійним струмом, змінною еквівалентною МДС F~ , що формується спільно обмотками статора і ротора, як у звичайному асинхронному двигуні. Тоді режим синхронного генератора замінюється еквівалентним режимом асинхронної машини. При такій заміні має дотримуватися рівність: FП = F ~ .

Мал. 4-18. Схеми з'єднання початку (Н) і кінця (К) обмоток статора «у зірку» (а), визначення напрямків МДС обмоток статора (б), геометричне додавання МДС (в)

Взаємодія малих величин магнітного потоку та струму в роторі не здатна створити великий електромагнітний момент. Тому необхідно знайти способи суттєвого збільшення магнітного потоку. Це можна зробити, підключаючи статор машини в режимі динамічного гальмування до джерела постійної чи випрямленої напруги. Можна також створити схему самозбудження двигуна підключенням до обмотки статора конденсаторів. В результаті отримаємо режими динамічного гальмування асинхронної машини з незалежним збудженням та самозбудженням

Визначення МДС постійного струму для схеми на рис. 4-17,а пояснює рис. 4-18.

При трифазному включенні обмотки статора в мережу змінного струму необхідно визначити максимум МДС машини, що дорівнює :

(4-36)

де I 1 - чинне значення змінного струму; ω – число витків обмотки однієї фази статора.

Спочатку розглянемо живлення статора обмотки постійним струмом. Якщо при роботі машини в руховому режимі її ковзання і струм, що намагнічує, змінюються мало, то в режимі динамічного гальмування ковзання ротора змінюється в широких межах. Отже, зі зміною швидкості змінюється ЕРС ротора, струм у роторі і створювана ним МДС, яка істотно впливає на результуючу МДС.

Мал. 4-19. Векторна діаграма асинхронної машини в режимі динамічного гальмування

Очевидно, результуючий струм, що намагнічує, приведений до статора, буде дорівнює

Користуючись векторною діаграмою (рис. 4-19), запишемо наступні співвідношення для струмів:

(4-37)

Приймаючи значення ЕРС у роторі машини, як і раніше, дорівнює Е 2 при кутовій швидкості обертання ротора ω 0 при інших швидкостях маємо

Відповідно індуктивний опір ротора

де х 2 - індуктивний опір ротора при частоті 0.

Тепер для вторинного контуру машини можна записати

Після приведення ЕРС Е 2 до параметрів первинного ланцюга будемо мати Е 1 = Е 2" і тоді

Підставляючи вирази (4-38) у формулу (4-37), отримуємо:

(4-39)

Вирішуючи рівняння (4-39) щодо струму I 2 ", знаходимо

(4-40)

Значення електромагнітного моменту машини визначається втратами у її вторинному ланцюзі, а саме:

(4-41)

Досліджуючи цей вираз на екстремум, нескладно отримати критичну відносну швидкість ротора K K , при якій є максимум моменту:

(4-42)

(4-43)

На підставі формул (4-41) - (4-43) можна отримати наступний вираз для механічної характеристики АТ:

(4-44)

Вираз (4-44) подібно до формули Клосса, що спрощує його розуміння. Аналіз формул (4-40) - (4-44) та фізичних явищ, характерних для динамічного гальмування АТ, дозволяє зробити такі висновки.

1. У режимі динамічного гальмування властивості механічних характеристик асинхронної машини подібні до властивостей аналогічних характеристик рухового режиму, тобто критичний момент не залежить від активного опору вторинного контуру, а критична швидкість ν KP так само, як і s KP у руховому режимі, пропорційна r 2 ".

2. Параметр xμ і струм I 1 можуть суттєво відрізнятись від аналогічних значень рухового режиму, оскільки залежать від насичення магнітного ланцюга статора.

3. Струм статора машини в руховому режимі є функцією ковзання ротора, а при динамічному гальмуванні він постійний.

4. Результуючий магнітний потік при динамічному гальмуванні і малої швидкості ротора збільшується, так як при цьому зменшується дію реакції ротора, що розмагнічує, а в руховому режимі він залишається приблизно постійним.

Мал. 4-20. Механічні характеристики асинхронного двигуна при динамічному гальмуванні і різних значеннях струму збудження або додаткових опорах ланцюга ротора

На рис. 4-20 представлені характеристики, з яких 1 і 2 отримані при двох значеннях струму в статорі I 11 I 12 та незмінному опорі r 21 , а характеристики 3 і 4 знайдені при тих самих струмах, але іншому значенні r 22 > r 21 . Для порівняння представлено механічну характеристику машини, що працює в руховому режимі. Якщо можливо змінити активний опір в ланцюзі ротора, можна отримати характеристики з приблизно постійним моментом в широкому діапазоні зміни швидкості приводу.

Реактивний опір контуру намагнічування x μ визначається за універсальною характеристикою холостого ходу машини чи експериментальними даними. В останньому випадку, без урахування насичення магнітного ланцюга, величина x μ знаходиться за формулою:

де U 0 , I 0 - фазна напруга та струм при холостому ході машини.

Більш точно залежність x μ = f(Iμ) може бути знайдена в такий спосіб. Якщо до асинхронної машини, ротор якої обертається стороннім двигуном із синхронною швидкістю, буде підбиватися фазна напруга, що змінюється за величиною, то воно відповідає ЕРС E 1 . Тому, вимірюючи струм Iμ , легко розрахувати залежність x μ = E 1 Iμ -1 , яка враховуватиме насичення магнітної системи машини. Побудова механічної властивості у разі ведеться по точках. При цьому задаються значення M KP, ν KP і обчислюють за формулами (4-42) та (4-43) величину r 2 " та струм I 1 . Потім знаходять ν i , змінюючи Iμi від нуля до I 1 при відповідних значеннях xμi, за формулою:

(4-45)

Вираз (4-45) отримано після операцій із формулами (4-37) - (4-38). За формулою (4-41) можна розрахувати механічну характеристику, яка враховує вплив насичення магнітного кола машини.

Цей вид гальмування застосовується в підйомно-транспортних та верстатних приводах, що живляться від нерегульованої за частотою мережі змінного струму в частотно-керованих приводах.

Конденсаторне гальмування асинхронних двигунів останні десятиліття стало застосовуватися в верстатних приводах. Можливість такого режиму було встановлено ще 1895 р. М. Лебланом, але у 20-40-ті роки ХХ століття цей вид гальмування вважався нераціональним. Лише 1944 р. А.Т. Голован та І.М. Барбаш показали перспективність його використання. Однак лише наприкінці 50-х років, завдяки працям Л.П. Петрова були досягнуті практичні результати у використанні як конденсаторного, так і інших видів комбінованого гальмування. Це стало можливим через зниження вартості та габаритів конденсаторів та розробку нових схем, що забезпечують інтенсивне самозбудження асинхронних машин у широкому діапазоні зміни їх швидкості обертання. Нині застосовуються різноманітні схеми реалізації конденсаторного гальмування.

Мал. 4-21. Залежність самозбудження асинхронної машини при гальмуванні конденсатора.

Принцип самозбудження артеріального тиску пояснюється зображеннями, наведеними на рис. 4-21. При відключенні машин з ротором, що обертається, від мережі і підключенні до статора батареї конденсаторів (рис. 4-26,а) за рахунок залишкової ЕРС Е 0 починається заряд конденсаторів зі струмом I μ 0 (Рис. 4-21). Цей струм підвищує ЕРС машини до E 1 i що, у свою чергу, підвищує струм заряду конденсатора до величини Iμi , і далі процес тривав так, як зазначено на малюнку до точки 1 (при незмінній швидкості обертання поля двигуна), де E 1 i = E 1 і Iμi = I μ .

Відповідно до еквівалентної схеми (рис. 4-22) ЕРС E 1 дорівнюватиме

де φ = f X f 0 -1 та f 0 - номінальна частота ланцюга.

Вважаючи на початку самозбудження струм у роторі рівним нулю і I 1 ≈ Iμ можна знайти початкову відносну частоту самозбудження φ НАЧ. Тоді з формули (4-46) знайдемо

і x μ , x 1 , xС – реактивні складові опорів схеми заміщення (рис. 4-22) при частоті мережі (50 Гц).

Мал. 4-22. Еквівалентна схема асинхронної машини при конденсаторному збудженні

Нехтуючи значеннями У і x 1 2 порівняно з xμ 2 і вирішуючи біквадратне рівняння (4-47), отримуємо:

Або (4-48)

Мал. 4-23. Статичні характеристики режиму самозбудження конденсаторного асинхронної машини Ф - магнітний потік; I 1 , I 2 " , Iμ - струм у статорі, струм у роторі (наведене значення), струм намагнічування відповідно; φ - частота вільних коливань струму у статорі; ω - кутова швидкість ротора; s - ковзання; М- електромагнітний момент

Таким чином, початкова частота процесу самозбудження асинхронного генератора приблизно дорівнює своїй частоті коливального контуру ненасиченої машини. Це ілюструють і криві на рис. 4-23 (у відносних одиницях). Вони дозволяють зробити такі висновки.

1. Режим обмежений по кутовий швидкості ротора значеннями ω НАЧ, де починається самозбудження машини і ω К, де цей процес закінчується, причому ω К > ω 0 .

2. У значному інтервалі зміни частоти обертання ротора магнітний ланцюг машини залишається насиченим і потік зберігає приблизно постійне значення (1,5-2,0)Ф НОМ.

3. Значення струмів ротора та статора значно перевищують номінальні значення.

Розглядаючи фізичні процеси, які у машині, можна встановити таке. Якщо швидкість обертання ротора перевищує ω НАЧ, то зростає частота вільної складової струму статора внаслідок насичення магнітної системи машини (див. рис. 4-23) і буде більше φ НАЧ. Вектор струму статора повертається за годинниковою стрілкою (мал. 4-24), але його амплітуда зростає. Водночас наростання струму в роторі I 2 призводить до появи розмагнічує складової магнітного потоку в повітряному зазорі. При швидкості обертання ротора ω К настає рівність реактивних складових струмів I 1 і I 2" і процес самозбудження машини припиняється.

Вважаючи рівними I 1 і I 2" через невелику кількість їх активних складових, і використовуючи вираз (4-49), знаходимо:

де K - критичне значення відносної частоти поля статора.

Мал. 4-24. Векторна діаграма самозбудження асинхронного генератора

Схема заміщення фази двигуна та його векторна діаграма дозволяють знайти залежності для електромагнітної потужності та моменту, останній визначається тепловими втратами у статорі та роторі машини. Однак ці розрахунки пов'язані з дуже складними та громіздкими обчисленнями всіх залежностей, зображених на рис. 4-23. Тому скористаємося спрощеною методикою розрахунку механічної характеристики, яка визначається наступною залежністю:

де М 0 - Початковий (розрахунковий) гальмівний момент при швидкості ω 0 .

Величина М 0 отримана експериментально у вигляді твору МНОМ kC° , де k - Коефіцієнт, що залежить від типу конкретного двигуна. Він може прийматися рівним 0,7 для чотирьох- і шестиполюсних машин і 0,5 для двополюсних, З° - фазна ємність конденсаторів у відносних одиницях від CНОМ. Задаючи значення φ НАЧ, можна обчислити З° за формулою

Номінальна ємність конденсаторної батареї (фазна)

де Iμ НОМ - струм намагнічування машини при номінальній (фазовій) напрузі статора; ω 0 - синхронна швидкість обертання магнітного поля за частоти мережі 50 Гц.

Мал. 4-25. Статичні механічні характеристики асинхронної машини при гальмуванні конденсатора: при ємності у фазі З 1 (крива 1), при ємності у фазі З 2 (крива 2 і 3) та різних значеннях струму намагнічування Iμ 2 » Iμ 3

Механічні характеристики (рис. 4-25) показують, що збільшення ємності конденсаторів знижує значення кутових швидкостей НАЧ і К, а також і максимальний гальмівний момент. При збільшенні струму намагнічування (крива 3 ) підвищується насичення магнітного ланцюга, що призводить до зменшення індуктивного опору машини та збільшення максимуму гальмівного моменту та кутової швидкості К.

Мал. 4-26. Комбіноване конденсаторно-динамічний гальмування: а - принципова схема; б – механічні характеристики

Як було зазначено вище, комбіновані способи гальмування виявляються ефективними для одержання повної зупинки приводу. Залежно від моментів замикання контактів гальмівного контактора КТв такій системі можливе отримання навіть трьох гальмівних режимів, що послідовно змінюються (рис. 4-26,б): конденсаторного (крива 1 ), магнітного (крива 2 ) та динамічного (крива 3 ) або лише першого та останнього. Перехід приводу з рухового режиму в гальмівний та перемикання різних гальмівних режимів вказано на малюнку стрілками. Наприклад, якщо замикання контактів КТвідбувається в момент, що відповідає точці з, то в ній відбувається перехід від конденсаторного до магнітного гальмування, яке закінчується в точці d, Далі майже до зупинки приводу йде динамічне гальмування.

7. Технічні реалізації. Застосування

Асинхронний двигун з короткозамкненим ротором вже близько 100 років використовується і буде використовуватися як практично єдина реалізація масового електроприводу, що не регулюється, що становить дотепер більше 90% всіх промислових електроприводів. В останні 10-20 років багатьма фірмами в Америці та Європі робляться спроби розробки та випуску на широкий ринок так званих енергоефективних двигунів, в яких за рахунок збільшення на 30% маси активних матеріалів на 1-5% підвищено номінальний ККД за відповідного збільшення вартості. В останні роки у Великій Британії здійснено великий проект створення енергоефективних двигунів без збільшення вартості.

В останнє десятиліття завдяки успіхам електроніки (ПЧ) короткозамкнутий асинхронний двигун став основою частотно-регульованого електроприводу, що успішно витісняє електропривод, що домінував раніше, постійного струму в багатьох сферах. Особливо цікавим є застосування такого електроприводу у традиційно нерегульованих насосах, вентиляторах, компресорах. Як показує досвід, це технічне рішення дозволяє заощаджувати до 50% електроенергії, до 20% води та понад 10% тепла.

Перехід від нерегульованого електроприводу до регульованого у багатьох технологіях розглядається як основний напрямок розвитку електроприводу, оскільки при цьому суттєво підвищується якість технологічних процесів та економиться до 30 % електроенергії. Це визначає перспективи розвитку частотно-регульованого електроприводу.

Електропривод із двигунами з фазним ротором при реостатному регулюванні традиційно знаходить застосування у крановому господарстві, використовується в інших технологіях. Каскадні схеми та машини подвійного живлення можна зустріти у потужних електроприводах газоперекачувальних станцій з невеликим діапазоном регулювання, у пристроях електроруху суден.

Влаштування асинхронних машин

В основу принципу дії асинхронної машини покладено використання магнітного поля, що обертається, яке індукує електрорушійну силу (ЕРС) в обмотці ротора. При взаємодії струму" ротора з магнітним полем, що обертається, створюється електромагнітний момент, що приводить ротор у обертання (у руховому режимі) або здійснює його гальмування (в гальмівних режимах)

8-Принцип дії асинхронної машини

Принцип дії асинхронної машини ґрунтується на законі електромагнітної індукції, відкритому

М. Фарадеєм, і роботах Д. Максвелла та Е. Ленца.

В асинхронній масці одну з обмоток розміщують на статорі 1 (рис1.1 а), а другу - на роторі 5. Між ротором і статором є повітряний зазор, який поліпшення магнітного зв'язку між обмотками роблять по можливості малим. Обмотка статора 2 являє собою багатофазну (або в окремому випадку трифазну) обмотку, котушки якої розміщують рівномірно по колу статора. Фази статора обмотки АХ,BY і CZ з'єднують за схемою Y або А і підключають до трифазного мережі струму. Обмотку ротора 4 виконують багатофазною короткозамкненою або трифазною і розміщують рівномірно вздовж кола ротора.

З курсу теоретичних основ електротехніки відомо, що при живленні трифазним синусоїдальним струмом трифазної обмотки статора виникає магнітне поле, що обертається, частота обертання (об/хв) якого

П1 = 60f1 | р Де f 1- частота мережі живлення. р-. кількість пар полюсів

Магнітне поле, що обертається, індукує в провідниках замкнутої коротко обмотки ротора ЕРС Е 2 і по них проходить струм 1 2 .

На рис.1.1,а показано (за правилом правої руки) напрямок ЕРС, індукованої у провідниках ротора при обертанні магнітного потоку Ф за годинниковою стрілкою (при цьому провідники ротора переміщуються щодо потоку Ф проти годинникової стрілки). Якщо ротор нерухомий або частота його обертання менше частоти п1, активна складова струму ротора збігається по фазі з індукованою ЕРС; У цьому умовні позначення (хрестики і точки) на рис. 1.1 показують одночасно і напрямок активної складової струму.

Мал. 1.1. Електромагнітна схема асинхронної машини та напрямок її електромагнітного моменту під час роботи машини в режимах: руховому(а), геніраторному(б) та електр. гальмування(В)

На провідники зі струмом, розташовані в магнітному полі, діють електромагнітні сили, напрямок яких визначається правилом лівої руки. Сумарне зусилля F pe 3 , прикладене до всіх провідників ротора, утворює електромагнітний момент М, що захоплює ротор за магнітним полем, що обертається.

Електромагнітний момент, що виникає від взаємодії магнітного потоку Фі струму ротора I2

М = сФI2соsф2

де с-коефіцієнт пропорційності; I2соsф2 - активна складова струму ротора; ф2- кут зсуву фаз між струмом I2 та ЕРС Е 2 в обмотці ротора.

Якщо електромагнітний момент М досить великий, то ротор приходить у обертання і його частота обертання, що встановилася п 2 відповідає рівності електромагнітного моменту гальмівному, створюваному приводним у обертання механізмом і внутрішніми силами тертя. Такий режим роботи асинхронної машини є руховим.

Частота обертання ротора П2 завжди відрізняється від частоти обертання магнітного поля П1 так як у разі збігу цих частот поле, що обертається, не перетинає обмотку ротора і в ній не індукується ЕРС, а отже, і не створюється крутний момент.

Відносну різницю частот обертання магнітного поля та ротора називають ковзанням:

S = (П1-П1) | П1

Його виражають у відносних одиницях або відсотках по відношенню до П1 Частота обертання ротора з урахуванням

Отже, характерною рисою асинхронної машини є наявність ковзання, тобто. Нерівність частот обертання П1 і П1 Тому машину і називають асинхронною (її ротор обертається несинхронно з полем).

При роботі асинхронної машини в руховому режимі частота обертання ротора менше частоти обертання магнітного поля П1 У машині електрична енергія перетворюється на механічну.

Якщо ротор загальмований (S = 1) це режим короткого замикання. Якщо частота обертання ротора збігається з частотою обертання магнітного поля (синхронна частота), тобто S = 0, то крутний момент не виникає.

Якщо ротор асинхронної машини розігнати за допомогою зовнішнього моменту (наприклад, будь-яким двигуном) до частоти П2, більшої частоти обертання магнітного поля П1 зміниться напрям ЕРС в провідниках ротора і активної складової струму ротора. При цьому змінить свій напрям і електромагнітний момент М, який стане гальмуючим, тобто асинхронна машина перейде в генераторний режим (рис. 1.1 б). У генераторному режимі асинхронна машина отримує механічну енергію від первинного двигуна, перетворює її на електричну і віддає у мережу, у своїй 0>S> - ∞.

Якщо обертати ротор від стороннього двигуна у бік, протилежний обертанню магнітного поля (рис. 1.1, в), то ЕРС та активна складова струму у провідниках ротора спрямовані так само, як і в руховому режимі, тобто машина отримує з мережі електричну енергію . Однак у даному режимі електромагнітний момент М спрямований проти обертання ротора, тобто є гальмуючим. Цей режим роботи асинхронної машини – режим електромагнітного гальмування. У цьому режимі ротор обертається у зворотному напрямку (стосовно напрямку магнітного поля), тому П2

9-Пристрій асинхронних машин

Основні типи двигунів.Асинхронні двигуни поділяються на два основні типи: з короткозамкненим і фазним ротором (останні називають двигунами з контактними кільцями). Розглянуті двигуни мають однакову конструкцію статора і відрізняються лише виконанням ротора.

Двигуни з короткозамкненим ротором є найбільш

поширеними; електропромисловість випускає їх десятками мільйонів на рік.

На рис. 1.2, апоказаний загальний вигляд найбільш поширеного асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором закритого виконання, що обдувається. На статорі розташована трифазна обмотка. Обмотка ротора виконана у вигляді біличної клітини, тобто є короткозамкнутою.

Конструкція оболонки (корпус, щити та ін.) значною мірою залежить від виконання машини за рівнем захищеності та від обраної системи охолодження. У даній конструкції корпус машини для кращого охолодження забезпечений ребрами. Відцентровий вентилятор, розташований на валу двигуна зовні оболонки машини, обдуває ребристий корпус двигуна. Вентилятор закритий кожухом.

Усередині машини повітря перемішується вентиляційними лопатями, відлитими разом з кільцями, що коротко замикають. На корпусі кріпиться коробка висновків, в якій встановлена ​​клемна панель з виведеними кінцями обмотки статора.

У потужніших двигунах підвищення інтенсивності охолодження повітря проганяється через аксіальні канали ротора окремим вентилятором чи тим самим вентилятором, який обдувает зовнішню поверхню машини. Для цієї мети при використанні одного загального вентилятора в аксіальні отвори ротора вставляють повітропровідні трубки, укріплені в отворах опорних дисків, насаджених на вал ротора (рис. 1.2 б). Цим запобігається можливість проникнення до обмотування машини зовнішнього повітря, в якому міститься волога. Торцеві щити мають жалюзі для проходу та виходу назовні повітря.

Серце статора (магнітопровід) набирається з відштампованих кільцеподібних листів електротехнічної сталі товщиною 0,35...0,5 мм. У листах виштамповані пази для розміщення обмотки (рис. 1.3). У великих машинах статор збирається із листів у вигляді сегментів. На листи з обох боків наноситься ізоляція (оксидна плівка, лак та ін.). Листи в пакеті сердечника скріплюються скобами, зварюванням або у великих машинах шпильками. У машинах понад 400 кВт у сердечниках для кращого охолодження зазвичай є радіальні канали. Вони утворюються шляхом поділу сердечника по довжині ряд пакетів і установкою з-поміж них сталевих дистанційних прокладок, які приварюються до крайніх листів пакета.

Мал. 1.2. Асинхронні двигуни з короткозамкненим ротором: 1-короткозамихаючі кільця обмотки ротора; 2, 10-підшипникові щити; 3 – вентиляційні лопатки; 4-обмотка статора;

5-коробка висновків; б-корпус (станина); 7-сердечник статора; 8-сердечник ротора; 9-вал; 11-кожух вентилятора; 12-вентилятор; 13-опорний диск; 14 - повітропідвідна трубка

У пази магнітопроводу статора укладається обмотка, виготовлена ​​з прямокутного або круглого дроту. Обмотки з круглого дроту зазвичай всипають у напівзакриті пази через шліц в пазу (рис. 1.5) за допомогою спеціальних статорообмотувальних верстатів. У високовольтних машинах корпусну ізоляцію котушок зазвичай виконують у вигляді спресованої гільзи (смрис 1.4) У сучасних асинхронних машинах використовують електроізоляційні матеріали класів нагрівостійкості В і F, а для спеціальних машин, що працюють у важких умовах.

Рис 1.3 Сердечник статора та штампований лист

У сучасних асинхронних машинах використовують електроізоляційні матеріали класів нагрівальності В і F, а для спеціальних машин, що працюють у важких умовах, - матеріали класу Н

У машинах розрізняють міжвиткову та корпусну ізоляцію. Міжвиткова ізоляція (між витками обмотки) забезпечується ізоляцією самого провідника, яка наноситься на нього в процесі виготовлення на кабельних заводах або при виготовленні електричної машини. Корпусна ізоляція відокремлює провідники обмотки від корпусу електричної машини. Для неї використовують різні прокладки, гільзи або ряд шарів ізоляції, що наноситься на відповідну котушку, до встановлення її в машину.

Рис 1.4Відкритий(а)і напіввідкритий (б) пази статора для обмотки з жорстких секцій-

1.4.5-ізоляційні прокладки 2- провідники 3- ізоляція котушки (корпусна) 6-клин Ротор машини складається з пакета листів електротехнічної сталі з пазами, що виштамповані. У короткозамкнених ротарах пази заливаються алюмінієм. При цьому утворюються стрижні біличної клітини (рис.1.6 а) Одночасно відливаються короткозамикаючі торцеві кільця та вентиляційні лопаті, загальний вигляд такого ротора показаний на рис. 1.6, б. У більших і спеціальних машинах в пази ротора вставляються мідні (бронзові, латунні) стрижні, кінці яких впаюються (вварюються) в мідні кільця, що коротко замикають (рис. 1.6, в). Пакет з алюмінієвою клітиною напресовується на вал. Для роторів з мідною клітиною листи збираються

безпосередньо на валу, а вже потім у пази пакета вставляються мідні стрижні .

Ротори двигунів обертаються в підшипниках, зазвичай застосовуються підшипники кочення, в машинах понад 1000 кВт використовуються також підшипники ковзання. У разі потреби на валу встановлюється вентилятор. Підшипники закріплюються в щитах підшипників, підшипникові щити кріпляться до корпусу статора. Двигуни з фазним ротором знаходять значно менше застосування, ніж із коротко-замкненим ротором, і випускаються промисловістю головним чином вигляді машин потужністю понад 100 кВт.

Рис 1.5 Мал. 1.5. Пази статора для всипних одношаровий(а) та двошаровий(б) обмострум:

1 – провідники; 2 - ізоляція паза (корпусна); 3 – кришка – клин; 4 - прокладка

На рис. 1.7 показаний загальний вигляд асинхронного двигуна із фазним ротором захищеного виконання. Для кращого охолодження магнітопроводи статора та ротора в машинах великої та середньої потужності розділені на окремі пакети, між якими є вентиляційні канали. Вентиляційні лопаті, укріплені

Мал. 1.6. Конструкція короткозамкнутого ротора:

/ - сердечник ротора; 2 - стрижні біличної клітини; 3-вентиляційні лопаті

4 -короткозамикаючі кільця

на лобових (зовнішніх) частинах жорстких секцій обмотки, засмоктують повітря в машину через отвори в щитах і

викидають його через отвори у корпусі. Така вентиляція називається симетричною радіальною. Контактні кільця розташовані поза оболонкою машини.

Мал. 1.7. Асинхронний двигун із фазним ротором:

7 – коробка висновків; 2-вал; 3-вентиляційні лопаті; 4-обмотка ротора; 5 - обмотка статора;

6,11-підшипникові щити; 7-сердечник статора; 8- сердечник ротора; 9 – радіальний вентиляційний канал; 10 -дифузор; 12-щіткова траверса; 13 -кожух; 14-контактні кільця

Мал. 1.8. Пази фазного ротора з всипною обмоткою з круглого дроту(а) і з жорсткою обмоткою(б):

1 – клин; 2-провідники; 3-прокладка; 4 - ізоляція паза (корпусна)

вивідні кінці обмотки ротора проходять через отвір у валу та підключаються до контактних кільців болтами. Щіткотримачі із щітками прикріплюються щітковою траверсою до щита. У двигунах з фазним ротором у пази ротора укладають всипну обмотку з круглого дроту (рис. 1.8, а) або обмотку, що складається з жорстких секцій, що укладаються у відкриті пази ротора (мал. 1.8,6), або обмотку зі стрижнів, що вкладаються в напівзакриті пази з торцем. Три кінці фазних обмоток приєднуються до контактних кільцях, встановлених на вал двигуна.

10. Список літератури

1 І.П Копилов - "Електричні машини"-Москва 2002 рік

двигуназ фазним ротором природна характеристика... Ом. Рис. Механічні Характеристики, S =. М S Питання №2 Для двигунапостійного струму паралельного...

Асинхронний двигунз короткозамкненим ротором

Лабораторна робота >> Фізика

Експериментально визначити механічну характеристику n(M), залежність механічногомоменту на валу двигунавід ковзання M(S), робочі Характеристики асинхронного двигуна n(P2 ...

1

При побудові моделей автоматизованого електроприводу необхідно враховувати складність електромеханічних процесів, які у двигуні під час його роботи. Результати, отримані за математичного розрахунку, слід перевіряти досвідченим шляхом. Отже, виникає потреба визначення характеристик електродвигунів під час натурного експерименту. Відомості, отримані під час такого експерименту, дають можливість апробації побудованої математичної моделі. У статті розглянуто спосіб побудови механічних характеристик асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором, проводиться експериментальна перевірка розрахованої механічної характеристики на прикладі системи, що складається з асинхронного двигуна, до валу якого як навантаження підключений двигун постійного струму незалежного збудження, оцінюється похибка розрахунку, зроблено висновок про можливість одержаних результатів для подальших досліджень. Під час проведення експерименту використовується лабораторний стенд НТЦ-13.00.000.

асинхронний двигун

двигун постійного струму

механічна характеристика

схема заміщення

насичення магнітної системи.

1. Воронін С. Г. Електропривод літальних апаратів: Навчально-методичний комплекс. - Offline версія 1.0. - Челябінськ, 1995-2011. - іл. 493, список літ. - 26 назв.

2. Москаленко В. В. Електричний привід: підручник для студ. вищ. навч. закладів. – М.: Видавничий центр «Академія», 2007. – 368 с.

3. Мощинський Ю. А., Беспалов В. Я., Кірякін А. А. Визначення параметрів схеми заміщення асинхронної машини за каталожними даними // Електрика. - №4/98. – 1998. – С. 38-42.

4. Технічний каталог, видання друге, виправлене та доповнене / Володимирський електромоторний завод. – 74 с.

5. Austin Hughes Electric Motors and Drives Fundamentals, Types and Applications. - Third edition / School of Electronic and Electrical Engineering, University of Leeds. – 2006. – 431 р.

Вступ

Асинхронний двигун (АТ) - електричний двигун, який знайшов дуже широке застосування у різних галузях промисловості та сільського господарства. АТ з короткозамкненим ротором має особливості, що зумовлюють його широке поширення: простота у виготовленні, а це означає низьку початкову вартість та високу надійність; висока ефективність разом із низькими витратами обслуговування призводять у результаті до низьких загальних експлуатаційних витрат; можливість роботи безпосередньо від мережі змінного струму.

Режими роботи асинхронного електродвигуна

Двигуни з короткозамкненим ротором - асинхронні машини, швидкість яких залежить від частоти напруги живлення, числа пар полюсів і навантаження на валу. Як правило, за підтримки постійної напруги живлення та частоти, якщо ігнорується зміна температури, момент на валу залежатиме від ковзання.

Обертальний момент АТ можна визначити за формулою Клосса:

де , - Критичний момент, - Критичне ковзання.

Крім рухового режиму асинхронний двигун має ще три гальмівні режими: а) генераторний гальмівний з віддачею енергії в мережу; б) гальмування противключенням; в) динамічне гальмування.

При позитивному ковзанні машина з короткозамкненим ротором діятиме як двигун, при негативному ковзанні - як генератор. З цього випливає, що струм якоря двигуна з короткозамкненим ротором залежатиме лише від ковзання. При виході машини на синхронну швидкість струм буде мінімальним.

Генераторне гальмування АТ із віддачею енергії в мережу настає при частоті обертання ротора, що перевищує синхронну. У цьому режимі електродвигун віддає в мережу активну енергію, а з мережі електродвигун надходить реактивна енергія, необхідна для створення електромагнітного поля.

Механічна характеристика для генераторного режиму є продовженням характеристики рухового режиму другого квадрант осей координат.

Гальмування противключенням відповідає напрямку обертання магнітного поля статора, протилежному обертанню ротора. У цьому вся режимі ковзання більше одиниці, а частота обертання ротора стосовно частоті обертання поля статора - негативна. Струм у роторі, а отже, і в статорі досягає великої величини. Для обмеження цього струму ланцюг ротора вводять додатковий опір.

Режим гальмування противключенням настає при зміні напрямку обертання магнітного поля статора, тоді як ротор електродвигуна та з'єднані з ним механізми продовжують обертання за інерцією. Цей режим можливий також у разі, коли поле статора не змінює напрями обертання, а ротор під впливом зовнішнього моменту змінює напрямок обертання.

У статті розглянемо побудова механічної характеристики асинхронного двигуна в руховому режимі.

Побудова механічної характеристики за допомогою моделі

Паспортні дані АТ ДМТ f 011-6у1: Uф = 220 - номінальна фазна напруга, В; p=3 - кількість пар полюсів обмоток; n=880 - швидкість номінальна обертання, об/хв; Pн=1400 - номінальна потужність, Вт; Iн=5,3 - струм ротора номінальний, А; η = 0.615 – к.п.д. номінальний, %; cosφ = 0.65 - cos(φ) номінальний; J=0.021 - момент інерції ротора, кг · м 2; Ki = 5.25 – кратність пускового струму; Kп = 2.36 – кратність пускового моменту; Kм = 2.68 – кратність критичного моменту.

Для дослідження експлуатаційних режимів асинхронних двигунів використовуються робочі та механічні характеристики, які визначаються експериментально або розраховуються на основі схеми заміщення (ЗЗ). Для застосування СЗ (рис.1) необхідно знати її параметри:

• R 1 , R 2 ", R M - активні опори фаз статора, ротора та гілки намагнічування;
• X 1 , X 2 ", X M - індуктивні опори розсіювання фаз статора ротора та гілки намагнічування.

Ці параметри потрібні для визначення пускових струмів при виборі магнітних пускачів і контакторів, при виконанні захисту від перевантажень, регулювання та налаштування системи керування електроприводом, для моделювання перехідних процесів. Крім того, вони необхідні для розрахунку пускового режиму АТ, визначення характеристик асинхронного генератора, а також при проектуванні асинхронних машин з метою порівняння вихідних та проектних параметрів.

Мал. 1. Схема заміщення асинхронного двигуна

Скористаємося методикою розрахунку параметрів схеми заміщення визначення активних і реактивних опорів фаз статора і ротора. Значення коефіцієнта корисної дії та коефіцієнта потужності при часткових навантаженнях, необхідні для розрахунків, наведені в технічному каталозі: pf = 0.5 - коефіцієнт часткового навантаження, %; Ppf = Pн · pf - потужність при частковому навантаженні, Вт; η _pf = 0.56 – к.п.д. при частковому навантаженні, %; cosφ_pf = 0.4 - cos(φ) при частковому навантаженні.

Значення опорів у схемі заміщення: X 1 =4.58 – реактивний опір статора, Ом; X 2 "=6.33 - реактивний опір ротора, Ом; R 1 =3.32 - активний опір статора, Ом; R 2 "=6.77 - активний опір ротора, Ом.

Збудуємо механічну характеристику асинхронного двигуна за формулою Клосса (1).

Ковзання визначають з виразу виду:

де - швидкість обертання ротора АТ, рад/сек,

синхронна швидкість обертання:

Критична швидкість обертання ротора:

. (4)

Критичне ковзання:

Точку критичного моменту визначимо з виразу

Пусковий момент визначимо за формулою Клосса при s=1:

. (7)

За розрахунками побудуємо механічну характеристику АТ (рис. 4). Для її перевірки практично проведемо експеримент.

Побудова експериментальної механічної характеристики

Під час проведення експерименту використовується лабораторний стенд НТЦ-13.00.000 «Електропривід». Є система, що складається з АТ, до валу якого як навантаження підключений двигун постійного струму (ДПТ) незалежного збудження. Необхідно побудувати механічну характеристику асинхронного двигуна, використовуючи паспортні дані асинхронної та синхронної машин та показання датчиків. Маємо можливість змінювати напругу обмотки збудження ДПТ, вимірювати струми на якорі синхронного та асинхронного двигуна, частоту обертання валу. Підключимо АТ до джерела живлення і навантажуватимемо його, змінюючи струм обмотки збудження ДПТ. Провівши експеримент, складемо таблицю значень із показань датчиків:

Таблиця 1 Показання датчиків при навантаженні асинхронного двигуна

де Iв – струм обмотки збудження двигуна постійного струму, I я – струм якоря двигуна постійного струму, Ω – швидкість обертання ротора асинхронного двигуна, I 2 – струм ротора асинхронного двигуна.

Паспортні дані синхронної машини типу 2П H90L УХЛ4: Pн = 0,55 - номінальна потужність, кВт; Uном = 220 - номінальна напруга,; Uв.ном = 220 - напруга збудження номінальна,; Iя.ном = 3,32 - номінальний струм якоря, А; Iв.ном = 400 - струм збудження номінальний, мА; Rя = 16,4 - опір якоря, Ом; nн=1500 - швидкість номінальна обертання, об/хв; Jдв = 0,005 - момент інерції, кг · м 2; 2р п = 4 – число пар полюсів; 2а=2 - число паралельних гілок обмотки якоря; N=120 - кількість активних провідників обмотки якоря.

У ротор ДПТ струм надходить через одну щітку, протікає через усі витки обмотки ротора та виходить через іншу щітку. Точка контакту обмотки статора з обмоткою ротора - через колекторну пластину чи сегменти, куди натискає щітка у цей час (щітка зазвичай ширша, ніж один сегмент). Так як кожен окремий виток обмотки ротора взаємопов'язаний з сегментом колектора, струм фактично проходить через всі витки і всі колекторні пластини на його шляху через ротор.

Мал. 2. Струми, що протікають у роторі двигуна постійного струму з двома полюсами

На малюнку 2 видно, що це провідники, що лежать біля полюса N, мають позитивний заряд, тоді як провідники під полюсом S несуть негативний заряд. Тому всі провідники під полюсом N отримають низхідну силу (яка пропорційна радіальної щільності потоку і струму ротора), в той час як всі провідники під полюсом S отримають рівну висхідну силу. В результаті на роторі створюється момент, що обертає, величина якого пропорційна добутку щільності магнітного потоку і струму. На практиці щільність магнітного потоку не буде абсолютно однорідною під полюсом, таким чином, сила на деяких провідниках ротора буде більшою, ніж на інших. Повний момент, що розвивається на валу, дорівнюватиме:

М = К Т ФІ, (8)

де Ф - повний магнітний потік, коефіцієнт K T є постійним для даного двигуна.

Відповідно до формули (8) регулювання (обмеження) моменту може бути досягнуто за рахунок зміни струму I або магнітного потоку Ф. На практиці регулювання моменту найчастіше здійснюється за рахунок регулювання струму. Регулювання струму двигуна проводиться його системою управління (або оператором) за рахунок зміни напруги, що підводиться до двигуна, за допомогою перетворювачів електроенергії або включенням в його ланцюга додаткових резисторів.

Розрахуємо конструктивну постійну двигуна, що входить до рівняння (8):

. (9)

Встановимо зв'язок між потоком двигуна та струмом обмотки збудження. Як відомо з теорії електричних машин, через вплив насичення магнітної системи цей зв'язок нелінійний і має вигляд, показаний на малюнку 3. З метою кращого використання заліза машина проектується так, щоб у номінальному режимі робоча точка перебувала на перегині кривої намагнічування. Приймемо величину магнітного потоку пропорційного струму збудження.

Фпр. = Iв, (10)

де Iв - Струм збудження.

Ф – реальне значення потоку; Ф пр. - Значення потоку, прийняте для розрахунків

Мал. 3. Співвідношення значень магнітного потоку, прийнятого та реального

Так як у АТ і ДПТ у проведеному експерименті один загальний вал, можемо розрахувати момент, що створюється ДПТ, і на основі отриманих значень та показань датчика швидкості побудувати експериментальну механічну характеристику АТ (рисунок 4).

Рис.4. Механічні характеристики асинхронного двигуна: розрахункова та експериментальна

Отримана експериментальна характеристика області низьких значень моменту розташована нижче характеристики, розрахованої теоретично, і вище - у сфері високих значень. Таке відхилення пов'язане з різницею прийнятого для розрахунків та реального значення магнітного потоку (рис. 3). Обидва графіки перетинаються за Фпр.=Iв. ном.

Введемо поправку до розрахунків, встановивши нелінійну залежність (рис. 5):

Ф=а·Ів, (11)

де а – коефіцієнт нелінійності.

Мал. 5. Відношення магнітного потоку до струму збудження

Отримана експериментальна характеристика набуде вигляду, показаного на рис. 6.

Рис.6. Механічні характеристики асинхронного двигуна: розрахункова та експериментальна

Розрахуємо похибку отриманих експериментально даних для випадку, коли магнітний потік лінійно залежить від струму збудження (10), і випадку, в якому ця залежність нелінійна (11). У першому випадку сумарна похибка становить 3,81%, у другому – 1,62%.

Висновок

Механічна характеристика , побудована за експериментальними даними, відрізняється від характеристики, побудованої з використанням формули Клосса (1) за рахунок прийнятого припущення Фпр.=Iв, розбіжність становить 3,81%, при Iв=Iв.ном.=0,4 (А) Дані показники збігаються. При досягненні Iв номінального значення настає насичення магнітної системи ДПТ, в результаті подальше підвищення струму збудження дедалі менше позначається на значенні магнітного потоку. Тож отримання більш точних значень моменту необхідно вводити коефіцієнт насичення, що дозволяє підвищити точність розрахунку в 2,3 разу. Механічна характеристика, побудована модельним шляхом, адекватно відбиває роботу реального двигуна, її можна брати за основу подальших дослідженнях.

Рецензенти:

• Пюкке Георгій Олександрович, д.т.н., професор кафедри систем керування КамчатГТУ, м. Петропавловськ-Камчатський.
• Потапов Вадим Вадимович, д.т.н., професор філії ДВФУ, м. Петропавловськ-Камчатський.

Бібліографічне посилання

Лиходєдов А.Д. ПОБУДУВАННЯ МЕХАНІЧНОЇ ХАРАКТЕРИСТИКИ АСИНХРОННОГО ДВИГУНА І ЇЇ АПРОБАЦІЯ // Сучасні проблеми науки та освіти. - 2012. - № 5.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=6988 (дата звернення: 01.02.2020). Пропонуємо до вашої уваги журнали, що видаються у видавництві «Академія Природознавства»