Что такое момент на валу двигателя при скольжении

Однофазный электродвигатель

Однофазные электродвигателя предназначены для комплектации электроприводов бытового и промышленного назначения, различных механизмов. Питание электродвигателей осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 В.

Однофазные электродвигателя выпускаются в тех же конструктивных исполнениях, что и трехфазные электродвигатели, и соответствуют им по своим размерам. Электродвигатели работают с конденсаторами, предназначенными для подключения в сеть.

На статоре однофазного электродвигателя имеется рабочая обмотка, подключенная к однофазной сети переменного тока, и вспомогательная (пусковую), которая чаще всего соединена с однофазной сетью переменного тока кратковременно только в период пуска. Ротор обмотки, как правило, выполняется короткозамкнутым в виде беличьей клетки.

Отличительной особенностью однофазных электродвигателей от трехфазных является создание статором не вращающегося, а пульсирующего поля и пульсирующего МДС. Это пульсирующее магнитное поле может быть условно разложено на два круговых поля, вращающихся в противоположные стороны с одинаковой скоростью. Амплитуда каждого из этих полей равна половине амплитуды пульсирующего поля Ф/2 (рисунок 1, а).

Рисунок 1 – Принцип работы однофазного электродвигателя

Для лучшего понимания принципов работы однофазного электродвигателя его можно заменить двумя одинаковыми трехфазными электродвигателями, роторы которых закреплены на одном валу, а обмотки статора а1, b1, c1, и a2, b2, c2 соединены последовательно с различным порядком следования фаз. Создаваемые ими магнитные поля при этом вращаются в противоположные стороны с одинаковыми амплитудами, равными Ф/2, и частотами вращения n1 (рисунок 1, б). В свою очередь эти два электродвигателя можно заменить одним, имеющим на статоре две последовательно соединенные трехфазные обмотки с различным чередование фаз и общий ротор, как показано на рисунке 1, в.

B рассматриваемых случаях индуктируемые в обмотках ротора c помощью двух вращающихся полей статopа токи вступают во взаимодействие c этими полями и создают при неподвижном двигателе равные и взаимно противоположные электромагнитные моменты М1, М2 (рисунок 2). При этом начальный результирующий суммарный момент M равен нулю, и однофазный электродвигатель при таком конструктивном исполнении и схеме соединения не может тронуться c места, даже в случае отсутствия тормозного момента на валу, т.е. пусковой момент однофазного асинхронного электродвигателя равен нулю.

При вращении ритора в каком-либо направлении и одна из вращающихся МДС перемещается в том же направлении, что и ротор. Она обеспечивает тот же характер изменения момента на валу М1 в зависимости от скольжения s, что и в трехфазном асинхронном электродвигателе, т.е. при разгоне двигателя, когда скольжение s уменьшается, момент М1 возрастает до некоторого значения Mmax, a при s=0 становится равным нулю.

Рисунок 2 – Зависимость электромагнитных вращающих моментов однофазного асинхронного электродвигателя под действием M1, обратно вращающего М2 магнитного поля и результирующего момента М от скольжения: s – скольжение ротора относительно прямого поля; 2-s – скольжение относительно обратного поля.

B то же время вращающаяся в обратном направлении относительно ротора МДС создает электромагнитный тормозной момент. При этом в роторе наводятся токи повышенной частоты, что обусловливает увеличение индуктивного сопротивления ротора. Соответственно момент М2, создаваемый обратновращающейся МДС, снижается от некоторой величины Мmax. и т, д.

Результирующий момент М = М1 – М2, направленный в сторону вращения ротора, считается положительным (на рисунке 2 изображен выше оси абсцисс). Тормозной момент M2 направлен в прoтивoположном направлении и является отрицательным (на рисунок 2 изображен ниже оси абсцисс). Как видно из приведенной характеристики, условия работы однофазного асинхронного электродвигателя при вращении ротора в ту иль другую сторону одинаковы. Как уже было отмечено, при s=1 M=0, т.e. электродвигатель не может самостоятельно начать вращать при наличии лишь одной рабочей обмотке на статоре.

Подобным образом ведет себя трехфазный электродвигатель при перегорании предохранителя или обрыве фазы питающей сети. Если это повреждение произошло y электродвигателя при неподвижном роторе, то при пуске электродвигателя ротор не придет во вращение; если повреждение произойдет при вращающемся роторе, электродвигатель будет продолжать работать, но во избежание недопустимого перегрева обмоток мощность нагрузки должна быть снижена на 40-50%. Иными словами, при обрыве фазы питающей сети (или перегорании предохранителя) при работающем электродвигателе он должен быть разгружен примерно в 2 раза по отношению к номинальной мощности.

Для того чтобы электродвигатель пришел во вращение, необходимо создать некоторый начальный вращающий момент. Направление вращения ротора при этом будет определяться направлением этого момента. Для пуска электродвигателя, в том числе и под нагрузкой, необходимо предусмотреть специальные меры, направленные на усиление прямого поля и ослабление обратного, чтобы при s= 1

Естественно, что наилучшие условия достигаются при отсутствии обратного поля, создающего тормозной момент на валу электродвигателя и препятствующего тем самым вращению электродвигателя. Разные виды однофазных электродвигателей отличаются друг от друга способами создания пускового момента. Различают электродвигатели с пусковой обмоткой, конденсаторные электродвигатели и с экранированными полюсами.

Что такое момент на валу двигателя при скольжении

§ 108. Вращающий момент асинхронного двигателя

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

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

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

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

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


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

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

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

Читать еще:  Двигатель а41 давление масла

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

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


Рис. 256. Механические характеристики асинхронного двигателя

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

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

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

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

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

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

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

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

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

При скольжении Sн двигатель развивает номинальный момент Mн.

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

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


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

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

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

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

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

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

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


Рис. 258. Кривые моментов двигателя с двуклеточным ротором

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


Рис. 259. Ротор с двойной алюминиевой клеткой

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

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

Читать еще:  Kia sorento стук двигателя


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

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


Таблица 11. Пусковые характеристики двигателей с короткозамкнутым ротором

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Скольжение — двигатель

С увеличением нагрузки скольжение двигателя увеличивается ( скорость вращения ротора падает); вместе с этим возрастают ток двигателя и электромагнитный момент его, уравновешивающий момент на валу. При некотором скольжении SK электромагнитный момент достигает максимального значения ( см. фиг. [16]

С увеличением нагрузки скольжение двигателя увеличивается ( скорость вращения ротора падает), вместе с чем возрастают ток двигателя и электромагнитный момент его, уравновешивающий момент на валу. При некотором скольжении SK электромагнитный момент достигает максимального значения ( см. фиг. [17]

С увеличением нагрузки скольжение двигателя увеличивается ( скорость вращения ротора падает); вместе с тем возрастают ток двигателя и электромагнитный момент его, уравновешивающий момент на валу. При некотором скольжении электромагнитный момент достигает максимального значения ( см. фиг. [18]

С увеличением нагрузки скольжение двигателя увеличивается ( скорость вращения ротора падает), вместе с чем возрастают ток двигателя и электромагнитный момент его, уравновешивающий момент на валу. При некотором скольжении SK электромагнитный момент достигает максимального значения ( см. фиг. [19]

Для использования маховика максимальное скольжение ат двигателя выбирается равным 12 — 170 / о при нагрузке 200 / 0, что достигается включением в ротор реостата. [20]

Величина а представляет собой скольжение двигателя с параллельным возбуждением. [21]

При увеличении скорости вращения скольжение двигателя уменьшается, момент возрастает и в точке Ь достигает максимального значения, которое называется опрокидывающим или критическим моментом двигателя. [23]

Иногда эта характеристика называется скольжением двигателя . [24]

Первая состоит в компенсации разности скольжений двигателя при отжатом и нажатом ключе. Для этого в случае асинхронного двигателя в каждую фазу его ротора при холостом ходе включается сопротивление, шунтирующееся специальным мощным реле при нажатии ключа. В случае же двигателя постоянного тока поправка на уменьшение оборотов при нагрузке производится в его шунте, в к-рый при нажатии ключа вводится нек-рое добавочное сопротивление, чем обороты повышаются до числа, соответствующего холостому ходу. Совершенно очевидно, что манипулировать в магнитной цепи двигателя постоянного тока значительно легче, чем в роторе или статоре асинхронного двигателя. Заключается она в следующем. Генератор высокой частоты работает не на один резонансный контур, а на два, включенных параллельно. Первый, с малыми потерями, связан с антенной, второй с потерями, соответствующими полной мощности генератора, в состоянии принять на себя всю нагрузку. При подаче знака в антенну рабочий контур настроен, а балансный выведен из резонанса, и наоборот. Вторая часть регулировки состоит в компенсации изменений режима сети, питающей двигатель. Здесь обычно применяется принцип Тирилля, заключающийся в том, что двигатель приводится в состояние неустойчивого равновесия по оборотам путем быстрого периодич. Манипуляции по быстрым изменениям режима работы двигателей производятся автоматически при помощи указанных регуляторов скорости. При нормальном режиме сети импульсы регулятора на увеличение и уменьшение оборотов равны по времени. [25]

В точке а с увеличением скольжения двигателя на AS вращающий момент двигателя возрастает на АР и на валу двигателя возникает ускоряющий избыточный момент, под влиянием которого его скорость начинает возрастать, а скольжение уменьшается. В результате этого устанавливается режим работы двигателя в точке а. Если двигатель работает со скольжением Sy ( точка Ъ), то с увеличением скольжения на валу двигателя возникает тормозной избыточный момент, вызывающий дальнейший рост скольжения и опрокидывание двигателя. [26]

Учтите, что при изменении скольжения двигателя меняется скорость вращения ротора генератора. [27]

Крутящий момент М1 пропорционален скорости скольжения двигателя ( сос — сй, где сос — синхронная угловая скорость вала двигателя. [28]

Далее ток ротора необходимо выразить через скольжение двигателя . Для этого необходимо знать значение ir, которое входит в формулы для эквивалентных сопротивлений и зависит от значения искомого тока ротора. Поэтому определение зависимости aT ( s) рекомендуется проводить в следующем порядке. [30]

Нужна ли сервосистема или нет?

Вы действительно нуждаетесь в сервосистеме? Возможно асинхронный двигатель с устройством обратной cвязи может предложить более эффективное решение для специфических задач? Пристальный взгляд на описание и рабочие характеристики серво и асинхронных двигателей может заставить задуматься.

Сервопривод – это не только двигатель. Это система управления движением с замкнутый контуром, состоящая из контроллера, привода, двигателя и устройства обратной связи, обычно оптического или магнитного инкодера. Замешательство начинается, когда производитель моторов начинает продвигать серводвигатель.

“Двигатель сервосистемы”- синхронная машина с постоянными магнитами (ПМ), представленная щеточным или бесщеточным двигателем с ПМ. Они имеет определенные рабочие характеристики, выделяющие его среди других типов моторов. Синхронный двигатель с постоянным магнитом имеет очень высокий пиковый и непрерывный вращающий моменты, и используется для приведения в движение сервосистемы с высоким ускорением и замедлением в устройствах высокоточного позиционирования. Вращающий момент прямо пропорционален току на входе. Скорость вращения вала электродвигателя напрямую зависит от входного напряжения. Чем выше входное напряжение, тем выше скорость двигателя. Функция вращающий момент-скорость линейна Система постоянных магнитов непосредственно примыкает к воздушному зазору двигателя. В бесщеточной конфигураций двигателя с ПМ, две взаимодействующие магнитные системы, вращающийся ротор (с соединенными постоянными магнитами) и неподвижная обмотка статора, взаимодействуя, создают момент двигателя и вращение. Трехфазное поле статора запитывается последовательно, и ротор с ПМ синхронно следует за вращающимся полем статора Специальное электронное коммутирующее устройство используется для определения положения ротора, и запитки обмоток статора. Бесщеточный двигатель с ПМ имеет ряд преимуществ перед любым другим типом двигателя для систем точного позиционирования, за исключением большинства задач для автомобильной промышленности и систем использующих очень большие двигатели. Бесщеточный двигатель с ПМ является только двигателем сервосистемы в случае использования в системах с обратной связью по моменту, скорости или положению. Асинхронный двигатель имеет аналогичный бесщеточному двигателю статор, и абсолютно другую конструкцию ротора. Ротор асинхронного двигателя с беличьей клеткой состоит из ряда проводящих алюминиевых или медных шин, уложенных в пазы ротора и соединенных накоротко кольцом. Эти короткозамкнутые стержни ротора магнитно взаимодействуют с вращающимся полем статора и индуцируют поле ротора, которое взаимодействует с полем статора, вращая ротор. Существует небольшая разность между синхронным полем статора, медленным полем ротора и фактической скоростью ротора. Эта разность скоростей называется скольжением. Частота тока на входе определяет скорость вращения двигателя. Например, на 60 гц, в зависимости от значения скольжения, двухполюсный двигателя переменного тока без нагрузки вращается с частотой 3600 оборотов в минуту, а четырехполюсный двигателей переменного тока, 1800 оборотов в минуту. С ростом момента на валу, скольжение увеличивается и скорость падает. Асинхронный двигатель переменного тока развивает больший вращающий момента за счет уменьшения скорости, пока нагрузка не приближается к точке пробоя, когда скорость двигателя внезапно понижается до ноля. Особенность работы двигателя переменного тока -небольшой вращающий момент при запуске, поэтому при старте двигателя необходимо снимать нагрузку. Вызванные такой зависимостью момент-скорость ограничения были преодолены созданием в 80-х годах прошлого века инверторного электронного привода. Способность инвертора менять и напряжение и частоту, используя приводы с регулируемой или переменной скоростью, изменила форму кривой момент-скорость, позволив асинхронным двигателей переменного тока стать лидерами при решения задач быстродействия.

Читать еще:  V16 двигатель ваз характеристики

Системы управления скоростью и позиционирования сегодня: продолжающееся развитие высокоэффективных приводов привело к тому, что бесщеточный и асинхронный двигатель переменного тока на равных конкурируют в различных областях , однако бесщеточный двигатель продолжает доминировать в системах высокоточного позиционирования. Бесщеточные двигатели с ПМ успешно конкурируют заводских условиях с щеточными двигателями постоянного тока при решении задач регулирования частоты вращения для нагрузок от 1 киловатта (1.37 л.с) и меньше. Как выбрать: асинхронные двигатели переменного тока теперь создаются не только для решений гарантирующих низкую инерционностью и быструю ответную реакцию по ускорением. Они лидируют в большинстве приложений с нагрузкой от 100 ватт до 1 мегаватта. Используйте бесщеточный двигатель с ПМ в сервосистемах позиционирования для нагрузок не более 50 киловатт (67 л.с.). Машины с магнитной индукцией- для систем с постоянной или переменной скоростью. Совместное использование встречается достаточно редко. Двигатели других типов продолжают подавать надежды, но пока без успеха аналогичного всеми признанному асинхронному двигателю переменного тока или многообещающему бесщеточному двигателю с постоянными магнитами.

Что такое момент на валу двигателя при скольжении

Вращающие моменты асинхронной машины

Электромагнитный момент асинхронной машины создается взаимодействием тока в обмотке ротора с вращающимся магнитным потоком и пропорционален электромагнитной мощности

где — угловая скорость вращения магнитного потока.

Из приведенного выражения видно, что электромагнитный момент пропорционален мощности электрических потерь в обмотке ротора.

Из Г-образной схемы замещения ток в рабочем контуре равен

Формула электромагнитного момента принимает следующий вид

Значения параметров схемы замещения асинхронной машины при изменениях нагрузки остаются практически неизменными, как и напряжение на фазе обмотки U1 и частота f1.

Поэтому можно сделать выводы: электромагнитный момент при любом значении скольжения пропорционален фазному напряжению в квадрате (фазному току ротора в квадрате); электромагнитный момент тем меньше, чем больше такие параметры схемы замещения, как , , .

Рассмотрим зависимость электромагнитного вращающего момента от скольжения при , и постоянных параметрах схемы замещения, (рис.2.12). Эта зависимость называется механической характеристикой асинхронной машины.

При значениях скольжения s=0 и электромагнитный момент M=0. Механическая характеристика имеет два экстремума, и максимальный момент асинхронной машины в генераторном режиме несколько больше, чем в двигательном ( ).

Величина критического скольжения , соответствующего максимальному моменту, получается из первой производной выражения для электромагнитного момента, приравненной нулю:

Подставив выражение критического скольжения в формулу электромагнитного момента, получим выражение максимального электромагнитного момента

где знак (+) соответствует двигательному, а знак (-) – генераторному режиму работы асинхронной машины.

Электромагнитный момент достигает максимального значения при , и далее, несмотря на увеличение , момент уменьшается, т.к. ток становится все более индуктивным ( ). Как отмечалось ранее, величину М определяет активная составляющая тока , которая сначала растет с увеличением при увеличении s, а затем, несмотря на увеличение — уменьшается. Следует также учитывать, что с увеличением падение напряжения в обмотке статора увеличивается и как следствие несколько уменьшается ЭДС Е1 и поток Ф.

Для асинхронных машин общего назначения , и поэтому, пренебрегая величиной r1, получим упрощенные выражения критического скольжения и максимального электромагнитного момента

У асинхронных двигателей общего назначения ; кратность максимального момента — определяет перегрузочную способность двигателя.

Выражение максимального электромагнитного момента позволяет сделать следующие выводы: максимальный электромагнитный момент не зависит от активного сопротивления обмотки ротора, пропорционален фазному напряжению в квадрате (результирующему магнитному потоку машины в квадрате), обратно пропорционален индуктивным сопротивлениям рассеяния обмоток статора и ротора.

Для анализа работы асинхронного двигателя воспользуемся механической характеристикой , представленной на рис.2.13. При включении двигателя в сеть магнитный поток статора, не обладая инерцией, сразу же начинает вращение с синхронной частотой n1, а ротор двигателя под влиянием сил инерции в начальный момент пуска остается неподвижным (n=0) и скольжение s=1.

Выражение начального пускового электромагнитного момента асинхронного двигателя

Под действием этого момента начинается вращение ротора двигателя, при этом скольжение уменьшается, а вращающий момент возрастает в соответствии с характеристикой . При критическом скольжении Sкр момент достигает максимального значения МM. С дальнейшим нарастанием частоты вращения момент М начинает уменьшаться, пока не достигнет значения, равного сумме противодействующих моментов, приложенных к ротору двигателя: момента холостого хода M0 и полезного нагрузочного момента М2 ( — статический момент).

Следует учесть, что при скольжениях, близких к единице (пусковой режим двигателя), параметры схемы замещения заметно изменяют свои значения. Причинами этого являются: усиление магнитного насыщения зубцовых слоев статора и ротора (уменьшаются индуктивные сопротивления рассеяния и ), эффект вытеснения тока в стержнях ротора (увеличение активного сопротивления и уменьшение ). Расчет пусковых характеристик проводится по соответствующим параметрам схемы замещения.

Статический момент MСТ равен сумме противодействующих моментов при равномерном вращении ротора ( ). При номинальной нагрузке двигателя установившийся режим работы двигателя определяется на механической характеристике точкой с координатами и s=sH.

Анализ механической характеристики показывает, что устойчивая работа асинхронного двигателя возможна при скольжениях меньше критического ( ), т.е. на участке ОА механической характеристики. Именно на этом участке изменение нагрузки на валу двигателя сопровождается соответствующим изменением электромагнитного момента.

Когда двигатель работает при номинальной нагрузке, то имеет место равенство моментов . Если произошло увеличение полезного нагрузочного момента до значения , то равенство моментов нарушится и частота вращения ротора начинает убывать (скольжение будет увеличиваться). Это приведет к росту электромагнитного момента до значения (точка В), и режим работы двигателя вновь станет установившимся. Если же двигатель работал при номинальной нагрузке и произошло уменьшение полезного нагрузочного момента до значения , то равенство моментов вновь нарушится, но теперь частота вращения ротора начнет возрастать (скольжение будет уменьшаться). Это приведет к уменьшению электромагнитного момента М до значения (точка С), устойчивый режим работы будет вновь восстановлен, но уже при других значениях М и s.

Работа асинхронного двигателя становится неустойчивой при скольжениях . Если электромагнитный момент двигателя , а скольжение , то даже незначительное увеличение нагрузочного момента приведет к уменьшению электромагнитного момента М. За этим последует дальнейшее увеличение скольжения до тех пор, пока оно не достигнет значения s=1, т.е. пока ротор двигателя не остановится.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector