Асинхронный двигатель характеристики формулы

Асинхронный двигатель характеристики формулы

Асинхронный двигатель характеристики формулы

К режимам работы асинхронного двигателя относятся (см. рисунок 1):

— двигательный режим;
— генераторный режим;
– режим противовключения;
– режим динамического торможения;
— режим холостого хода.

Рисунок 1 – Механическая характеристика асинхронного двигателя

Основным режимом работы асинхронного двигателя является двигательный режим, рассмотрим работу асинхронной электрической машины на примере рисунка ниже:

В этой статье мы не станем рассматривать, как происходит возбуждение обмоток и начало движения, почитать про то, как создается магнитное моле в асинхронном 3-х фазном двигателе Вы можете тут.

Начало движения происходит из точки 1 с определённым пусковым моментом Мп, который зависит от параметров самого асинхронного двигателя, обычно отношение к номинальному будет равно:

Далее происходит постепенный разгон до точки 2, которая имеет критический (максимальный) момент двигателя Мкр, после чего двигатель будет переходить в точку 3, которая является точкой номинальной работы электрической машины, в ней момент и скорость вращения вала равны номинальному моменту Мн и скорости n2 соответственно. Так же необходимо подметить, что действительный номинальный момент может не соответствовать тому, который указан на шилдике двигателя, это различие будет мало, оно зависит от характера и величины нагрузки на валу, износа внутренних деталей двигателя и т.д.

В номинальном режиме работы скорость вращения вала меньше скорости вращения магнитного поля, создаваемого статорной обмоткой, поэтому справедливо неравенство:

где n1 – скорость вращения магнитного поля статора;
n2 – скорость вращения вала.

Относительная разность этих скоростей является таким понятием как – скольжение асинхронного двигателя, которое рассчитывается по формуле:

Скольжение во время работы в двигательном режиме будет меньше единицы, и чем оно ближе к номинальной точке работы, тем становится меньше, и для этого справедливо неравенство:

Режим холостого хода

Холостой ход асинхронного двигателя имеет место в том случае, если на валу отсутствует нагрузка в виде рабочего органа или редуктора. При сборке нового двигателя всегда проводится испытания холостого хода, для того что бы определить потери в подшипниках, вентиляторе и магнитопроводе, а так же узнать значения намагничивающего тока. Во время холостого хода скольжение составляет: S=0,01÷0,08.

Следует заметить, что так же существует режим идеального холостого хода, при котором n2=n1, что практически реализовать невозможно, даже если учесть, что нет силы трения в подшипниках. На самом деле, суть заключается в том, что асинхронному двигателю необходимо, чтобы ротор отставал от магнитного вращающегося поля статора. При отставании поле статора индуцирует магнитное поле в ротор, что заставляет его вращаться за полем статора.

Для того чтобы перейти в данный режим, нужно двигатель разогнать с помощью некоторого внешнего воздействия, к примеру, другим двигателем, до скорости, которая превышала бы скорость вращения магнитного поля статора. В результате изменилось бы направление тока и ЭДС в роторной обмотке и асинхронный двигатель перешел бы в генераторный режим. При этом условии также изменит направление и электромагнитный момент, который в данном режиме работы будет тормозным.Следует заметить, что в генераторном режиме скольжение S

Для работы асинхронного двигателя в генераторном режиме необходим источник реактивной мощности, который создает магнитное поле. При отсутствии поле создают с помощью постоянных магнитов, или же за счет остаточной индукции машины и параллельно подключенных к фазам обмотки статора конденсаторам при активной нагрузке. В генераторном режиме двигатель потребляет большое количество реактивного тока, из-за чего необходимо наличие в сети генераторов реактивной мощности: синхронных компенсаторов, синхронных машин. Данный режим используется довольно часто, к примеру, в эскалаторах и пассажирских лифтах (в зависимости веса в кабине и противовеса), которые едут вниз.

21. Механическая характеристика асинхронного двигателя. Формула Клосса.

22. Искусственные механические характеристики асинхронного двигателя при изменении напряжения питания статора.

Асинхронный короткозамкнутый электродвигатель (рисунок 5.1) и АД с фазным ротором (рисунок 5.2) широко распространены в электроприводе благодаря большому ресурсу безотказной работы, высоким показателям в работе, хорошим регулировочным свойствам.

На рисунке 5.3 представлена схема замещения одной фазы электродвигателя с учетом параметров намагничивающего контура с активным rm и индуктивным xm сопротивлениями.

В схеме замещения:

r1 — активное сопротивление фазы статорной обмотки;

r2 — приведенное к статору активное сопротивление фазы роторной обмотки;

x1 — индуктивное сопротивление фазы статорной обмотки;

x2 — приведенное к статору индуктивное сопротивление фазы роторной обмотки;

xm — индуктивное сопротивление контура намагничивания.

В соответствии со схемой замещения, роторный ток I2 ’ имеет значение

Из (5.1) следует, что роторный ток I2 зависит от скольжения s, т.е. от частоты вращения ротора машины, поскольку

Заметим, что при пуске скольжение s = 1 (текущее значение частоты вращения w = 0), а при частоте вращения w=w идеального холостого хода скольжение равно s = 0. Из соотношения следует также, что при пуске роторный ток достигает максимального значения I @ (8¸10)Iном, и его следует ограничивать.

Частота тока ротора fp при значении частоты fc сетевого напряжения fp = fc×s, следовательно, при пуске s=1 и асинхронная машина может быть представлена трансформатором напряжения, поскольку fp=fc =50Гц. По мере разгона двигателя и его работе с номинальным скольжением sн, которое не превышает sн 0,1; падает и частота роторного тока fp = 1..5Гц.

Мощность Р1, потребляемая АД из сети, расходуется на покрытие потерь в контуре намагничивания ∆Рm и в обмотке статора ∆Р1, остаток ее преобразуется в электромагнитную мощность РЭ , которая равна

В свою очередь, , и, решая совместно и находим значение электромагнитного момента

.

Зависимость (5.4) является описанием механической характеристики АД и представляет сложную зависимость момента АД от скольжения. Исследуем ее на экстремум, взяв производную и приравняв ее нулю:

.

Зависимость имеет максимум при критическом значении скольжения, равном

и критическом (максимальном) моменте

Заметим, знак (+) относится к двигательному режиму, а знак (-) к генераторному режиму машины.

Для практических расчетов, удобнее использовать формулу Клосса, полученную из выражений

, где .

В крупных асинхронных машинах r1 , и ε ≈0. Механическая характеристика АД имеет вид, изображенный на рисунке 2.4. Характерные точки характеристики:

1- s=0; М=0, при этом скорость двигателя равна синхронной;

2- s=sном, М=Мном — номинальный

режим работы двигателя;

3- s = sк, М = Мкр.Д — максимальный момент в двигательном режиме;

4- s = 1, М = Мп — начальный пусковой момент;

5- s = -sк, М = Мкр.Г — максимальный момент в генераторном режиме.

Анализируя влияние напряжения питания U на механические характеристики электродвигателя, имеем на основании соотношений (5.6) и (5.7), что критическое скольжениеsкостается постоянным при понижении напряжения, а критический момент Mкр.д уменьшается пропорционально квадрату питающего напряжения (рисунок 5.5).

При понижении сетевого напряжения до значения 0,9×Uном, т.е. на 10% от Uном, критический момент Mкр.д уменьшается на 19%. При снижении питающего напряжения для развития прежнего значения момента двигатель должен работать с большими роторными токами.

При проектировании электродвигателя следует убедиться, что значение пускового (s = 1) и критического моментов (s = sк) при минимально возможном напряжении удовлетворяют требованиям рабочей машины.

Анализируя влияние активного сопротивления, вводимого в роторную цепь, на основании соотношений (5.5)-(5.6), что с увеличением роторного

сопротивления, которое становится равным (r2 + Rдоб), увеличивается критическое скольжение Sк, но величина критического момента двигателя Mкр.д остается без изменения.

Механические характеристики приведены на рисунке 12. Метод используется для запуска машины, когда на время пуска в роторную цепь включается значительное по величине Rдоб. Диаграмма запуска аналогична диаграмме запуска двигателя постоянного тока независимого возбуждения. Для расчета искусственных механических характеристик при введении сопротивления Rдоб в роторную цепь используется соотношение

где sи и se – скольжения соответственно на искусственной и естественной характеристиках.

Зная величину Rдоб, вводимого в роторную цепь, для тех же значений момента по соотношению (5.8) производится расчет скольжений sи на искусственной характеристике.

Введение активно – индуктивных сопротивлений в роторную цепь машины (рисунок 14) используется для поддержания большего постоянства пускового момента машины по сравнению с естественной характеристикой машины – механическая характеристика машины в области скольжений 1 3 / 5 3 4 5 > Следующая > >>

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Асинхронный двигатель характеристики формулы

Вы не зарегистрированы?
Нажмите здесь для регистрации.

Забыли пароль?
Запросите новый здесь.

Широкое распространение в различных отраслях народного хозяйства получили асинхронные двигатели трехфазного тока с короткозамкнутым ротором. Они не имеют скользящих контактов, просты по устройству и обслуживанию. Двигатель с короткозамкнутым ротором в разобранном виде показан на рис. 1. Основными его частями являются статор и ротор. Сердечники статора и ротора набирают из листов электротехнической стали. В пазах сердечника статора укладывают и закрепляют трехфазную обмотку. В зависимости от напряжения питающей сети и данных двигателя ее соединяют звездой или треугольником. Выводы обмоток статора маркируют, благодаря чему облегчается сборка нужной схемы соединения.

Рис. 1. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором в разобранном виде:

1 — статор; 2 — клеммная коробка; 3 — ротор; 4 — подшипниковые щиты; 5— вентилятор; 6— кожух вентилятора.

В соответствии с ГОСТ приняты следующие обозначения выводов обмоток отдельных фаз: соответственно начало и конец первой фазы С1 и С4, второй — С2 и С5 и третьей — СЗ и С6 (рис. 2).

Рис. 2. Расположение выводов щитке двигателя при соединении:

а — звездой; б— треугольником

Расположение выводов на коробке контактных зажимов двигателя должно удовлетворять требованию простоты соединения обмоток по любой схеме. Обмотку ротора от его сердечника не изолируют. Ее вместе с вентиляционными лопатками выполняют литой из алюминия или его сплавов. Стержни обмотки и накоротко замыкающие их кольца образуют так называемую беличью клетку.

Асинхронные короткозамкнутые двигатели по способу охлаждения и степени защиты персонала от соприкосновения с токоведущими или вращающимися частями, а также самой машины от попадания в нее посторонних тел имеют два исполнения: закрытое обдуваемое (обозначение IP44) и защищенное (обозначение IP23).

Двигатели исполнения IP44 имеют аксиальную систему вентиляции. Воздух подается вентилятором и обдувает внешнюю оребренную поверхность станины.

Для двигателей IP23 характерна двусторонняя радиальная си­стема вентиляции, которая осуществляется при помощи венти­ляционных лопаток, расположенных на короткозамыкающих кольцах ротора.

Ярославским электромашиностроительным заводом разработаны и выпускаются серии асинхронных машин мощностью до 100 кВт — RA, А, АИР. Машины этих серий отвечают мировым стандартам и отличаются улучшенными технико-экономическими и энергетическими показателями.

Основные технические данные двигателей небольшой мощ­ности серии RA приведены в табл. 1.

Двигатели серии RA выпускаются с градацией мощности и присоединительных размеров по стандартам DIN, серий А, АИР — по стандартам ГОСТ.

В обозначениях типа двигателя: А — асинхронный; 71 — 315 — высота оси вращения; А, В — обозначения длины сердечника (первая длина — А, вторая длина — В); S, L, М — установочные размеры подлине сердечника; 2,4,6, 8 — числа полюсов. Пример 1. RA80A2 — двигатель серии RA, асинхронный, высота оси вращения 80 мм, сердечник первой длины, двухполюсный.
Трехфазный ток, проходя по обмотке статора, создает вращающееся магнитное поле. Частота вращения поля n1 называется синхронной. Она зависит от частоты f1 питающего напряжения и числа пар полюсов р машины:


и при f1 = 50 Гц принимает значения: 3000 об/мин (р = 1), 1500 об/мин (р = 2), 1000 об/мин (р = 3) и тд. Для частоты напряжения сети будем иметь:

Ротор асинхронного двигателя, вращаясь в направлении поля, развивает частоту вращения, несколько меньшую, чем синхронная, называемую асинхронной. Отставание ротора характеризуется скольжением. Если частоту вращения ротора обозначить через n2, то соотношение для скольжения примет вид:

Из (2) следует, что скольжение асинхронного двигателя изменяется от единицы (при пуске, когда п2 = 0) до нуля (при синхронной частоте вращения, т.е. когда п2 = п1). Заметим, что точного равенства частоты вращения поля и ротора в двигательном режиме не достигается. Однако отставание ротора на холостом ходу машины так мало, что им можно пренебречь. Значения скольжений для малых двигателей, указанных в табл. 1, при полной нагрузке двигателя обычно составляют 4 — 6 %.
Выражение для частоты вращения ротора можно получить из соотношения (2):

Заметим, что числитель правой части равенства (2) имеет определенный физический смысл. Разность частоты вращения поля и ротора представляет собой относительную частоту вращения, т.е. частоту вращения поля относительно ротора ns, или частоту скольжения.
Пример 2. Известны n1 = 1000 об/мин, s = 4%. Вычислить частоту вращения ротора и относительную частоту вращения.
Имеем: n2 = 1000(1 — 0,04) = 960 об/мин; ns = n1 — n2 = 1000 — 960 = 40 об/мин.

Частота ЭДС и токов, наводимых в обмотке ротора вращающимся магнитным полем, определяется частотой скольжения:

Путем несложных преобразований это выражение приводится к виду:

т.е. частота ЭДС и токов ротора при условии f1 = const пропорциональна скольжению.

Пример 3. Найти частоту тока ротора для предыдущего примера.
Имеем: f2 =f1 • s = 50 • 0,04 = 2 Гц.
Развиваемая двигателем мощность в пределах нормальных нагрузок пропорциональна скольжению. Поэтому о нагрузке машины можно судить по скольжению.
Использование мощности двигателя в процессе его эксплуа­тации может быть различным. Коэффициент использования мощности

где Р2 — полезная мощность при произвольной нагрузке; Pном — номинальная мощность, т.е. полезная мощ­ность, на которую рассчитана электрическая машина.

Номинальной мощности соответствует номинальное напряжение. Двигатель потребляет при этом номинальный ток, имея номинальные значения частоты вращения, мощности на валу, КПД и cos ф.
Назначение двигателя состоит в преобразовании электриче­ской энергии в механическую. В процессе преобразования возникают потери. Они представляют ту часть активной мощности, которая расходуется на нагревание обмоток, стали сердечника статора и преодоление сил трения.
Отношение полезной мощности Р2, развиваемой двигателем на валу, к активной мощности Рь потребляемой им из сети, на­зывается коэффициентом полезного действия:

Кроме активной, двигатель потребляет реактивную намагничивающую мощность, необходимую для образования магнитного потока. Таким образом, полная мощность двигателя S состоит из активной и реактивной составляющих:

где Q — реактивная мощность двигателя.
Об относительном значении преобразованной мощности судят по коэффициенту мощности. Чем лучше используется мощность машины, тем выше коэффициент мощности. Для вычисления его достаточно активную мощность Р1 разделить на полную:

где U, I — фазные значения напряжения и тока.
Пример 4. На щитке трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором имеются следующие обозначения: , 220/380 В, 10,5/6,1 А, 2,8 кВт, 50 Гц, 2880 об/мин, КПД 81,5 %,cosφ = 0,86.

Из рассмотрения этих данных заключаем: номинальное напряжение фазы 220 В, номинальный фазный ток 6,1 А, полезная мощность Р2 = 2,8 кВт, число пар полюсов р = 1. Так как синхронная частота вращения

(в данном случае она равна 3000 об/мин), то скольжение при номинальной нагрузке составит ((3000-2880)/3000) • 100 = 4%.

Полная мощность двигателя при номинальной нагрузке Sном = ЗUном / Iном = 3 • 220 • 6,1

Активная мощность, потребляемая двигателем при номинальной нагрузке, P1ном = 3Uном • Iном • cosφном = 3 • 220 • 6,1 • 0,86 = 3,44 кВт.

Потери в двигателе при номинальной нагрузке

С использованием данных табл. 1 построены кривые зависимости коэффициента мощности двигателей от их номинальной мощности (рис. 3).
Кривая 1 соответствует синхронной частоте вращения 3000 об/мин, 2— 1500 об/мин и 3— 1000 об/мин. Как видно, коэффициент мощности асинхронного двигателя зависит от номинальной мощности и синхронной частоты вращения.
С увеличением мощности при постоянстве синхронной частоты вращения (ω = const) уменьшается относительное значение воздушного зазора. Благодаря этому относительная реактивная намагничивающая мощность также уменьшается, а коэффициент мощности возрастает. К такому же результату приводит увеличение синхронной частоты вращения при постоянстве номинальной мощности двигателя. Двигатели с большими частотами вращения имеют меньшие габариты, что обусловлено уменьшением вращающего момента, у них существенно уменьшается объем воздушного пространства между сердечниками статора и ротора.

Рис. 3. Кривые зависимости коэффициента мощности от номинальной мощности асинхронных двигателей при различных значениях синхронной частоты вращения

Рис. 4. Кривые зависимости удельной намагничивающей мощности от номинальной мощности асинхронных двигателей при различных значениях синхронной частоты вращения:
1 — n1 = 1000 об/мин; 2 — n1 = 1500 об/мин; 3 — n1 = 3000 об/мин.

Кривые зависимости удельной намагничивающей мощности двигателей от номинальной при n1 = const показаны на рис. 4. Из рассмотрения их следует, что удельная намагничивающая мощность тем меньше, чем больше номинальная мощность двигателя и выше синхронная частота вращения.
Переход от зависимостей, приведенных на рис. 3 к зависимостям на рис. 4 производится с использованием следующих соотношений:

где Sном, Qном — полная и реактивная мощности двигателя при номинальной нагрузке. Из сопоставления рис. 3 и 4 нетрудно сделать заключение о влиянии коэффициента мощности на энергетические показатели двигателей и питающей их системы: у двигателей с повышенным коэффициентом мощности при данной номинальной нагрузке (Р2

Рном) реактивная намагничивающая мощность меньше. Это приводит к уменьшению полной мощности и, соответственно, к уменьшению тока, потребляемого из сети. В результате электрические потери в обмотках машины уменьшаются и ограничивается падение напряжения в проводах системы электроснабжения.

33 Расчет и построение механических характеристик асинхронного двигателя

4.4 Расчет и построение механических характеристик асинхронного двигателя

4.4.1 Построение естественной характеристики АД

Естественная механическая характеристика асинхронного двигателя с фазным ротором может быть построена на основании каталожных данных двигателя:

.

Для построения используется уравнение механической характеристики упрощённая формула Клосса:

(4.29)

Величина номинального момента может быть определена по формуле:

, (4.30)

где — номинальная угловая скорость АД.

Рекомендуемые файлы

Тогда величина максимального момента определится:

. (4.31)

Для определения критического скольжения сначала находят величину номинального скольжения:

. (4.32)

Если подставить значения и (4.31 и 4.32) в уравнение механической характеристики (4.29), то можно определить величину

. (4.33)

Подстанавливая значения и в уравнение механической характеристики (4.29), получим уравнение механической характеристики с числовыми коэффициентами. Задаваясь различными значениями скольжения можно вычислить по уравнению механической характеристики соответствующие значения момента и скорость , а затем по полученным данным строятся естественная механическая характеристика: или .

При наличии обмоточных данных АД порядок построения естественной характеристики следующий.

Определяются приведенные сопротивления обмоток АД

где kтр=коэффициент трансформации по ЭДС АД.

Определяется критическое скольжение

Угловая синхронная скорость вращения

Рассчитываются критические моменты АД в двигательном и генераторном режимах АД

Производится расчёт механических характеристик с использованием выражений

где а=

Для этого задаются значениями скольжения S>0 и Sк>0 для двигательного режима и S

Читать еще:  Что сделать с двигателем на 230
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector