Что такое рабочие характеристики асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Зависимости момента М,потребляемой мощностиP₁, коэффициента мощности cos, коэффициента полезного действия (КПД), обычно обозначаемого символом , скольжения ротораsи тока статора от полезной мощности, т.е. мощности на валу двигателяР₂,называются рабочими характеристиками асинхронного электродвигателя. На рис. 9 показано поведение рабочих характеристик.

Зависимость М(Р₂) определяется формулой

из которой следует, что полезный момент на валу двигателя Мс увеличением полезной мощности Р₂возрастает несколько быстрее, чем Р₂, так как частота вращения ротора двигателяn₂при этом уменьшается.

Характер зависимостиcos (Р₂),т.е. зависимости коэффициента мощности асинхронного двигателя от мощности на валу, определяется выражением cos =Р₁/3U₁I₁.

В связи с тем, что ток статора имеет реактивную (индуктивную) составляющую, необходимую для создания вращающего магнитного поля, коэффициент мощности асинхронных двигателей всегда меньше единицы. Значение cosдля нормальных асинхронных двигателей средней мощности при номинальной нагрузке составляет 0,83–0,89. С уменьшением нагрузки на валу двигателя коэффициент мощности снижается и доходит до значений 0,2–0,3 при холостом ходе. В этом режиме полезная мощность на валу равна нулю, однако, при этом двигатель потребляет активную мощность из сети, расходуемую на магнитные потери, поэтому коэффициент мощности здесь не равен нулю. С увеличением нагрузки сверх нормативной наблюдается некоторое снижение значения коэффициента мощности за счет увеличения индуктивной составляющей сопротивления обмотки статора асинхронного двигателя. Характер изменения коэффициента мощности от нагрузки асинхронного двигателя имеет примерно такой же вид и изменяется по тем же причинам, что и у трансформатора.

Зависимость КПД асинхронного двигателя от нагрузки (Р₂) определяется формулой

где Р₁ —активная мощность, потребляемая двигателем от питающей сети;Р_—суммарные потери мощности в двигателе, равные сумме потерь мощности в магнитопроводе, электрических потерь мощности в обмотках статора, электрических потерь мощности в обмотках ротора, механических потерь и добавочных потерь мощности. При отсутствии нагрузкиР₂ = 0, поэтому КПД электродвигателя при этом также равен нулю.

С увеличением нагрузки КПД двигателя растет и принимает наибольшее значение при условии, что постоянные потери мощности в электродвигателе (Р_С1+Р_С2+Р_мех) оказываются равными переменным потерям мощности (Р_Э1+Р_Э2) в нем. При дальнейшем росте нагрузки КПД электродвигателя, так же как и трансформатора, снижается из-за сильного роста электрических потерь. Ток статора при отсутствии нагрузки равен току холостого хода (I₁=I₀). При увеличении мощности на валу электродвигателя возрастает и токI₁, потребляемый двигателем из питающей сети. Увеличение тока происходит приблизительно по линейному закону. Однако при значительном возрастании мощности на валу линейность нарушается и ток начинает возрастать более интенсивно, чем мощность, так как коэффициент мощности двигателя при этом снижается, а электрические потери мощности в обмотках двигателя при больших нагрузках значительно возрастают. Снижение cos  и увеличение потерь мощности в двигателе компенсируются увеличением тока вследствие возрастания мощности. Этим же объясняется и характер изменения потребляемой из сети мощностиР₁(Р₂).

С увеличением мощности на валу, т.е. с увеличением нагрузки двигателя, вызываемой возрастанием момента сопротивления исполнительного механизма, частота вращения ротора уменьшается, а его скольжение при этом возрастает, вызывая увеличение ЭДС Е₂в обмотках ротора, а следовательно, возрастание токов ротора и статора. При неизменном магнитном потоке двигателя это приводит к увеличению момента, развиваемого двигателем. Таким образом, с увеличением нагрузки на валу равновесие между моментом, развиваемым двигателем, и моментом сопротивления наступает при снижении частоты вращения. При возрастании мощности на валу асинхронного двигателя происходит снижение частоты вращения ротора.

Рабочие характеристики асинхронного двигателя

§ 94. РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Рабочие характеристики асинхронного двигателя представляют собой зависимости скольжения S, числа оборотов ротора n2, раз­виваемого момента М, потребляемого тока I1, расходуемой мощности Р1, коэффициента мощности соs j и к. п. д. η от полезной мощности Р2 на валу машины. Эти характеристики (рис. 115) снимаются три естественных условиях работы двигателя, т. е. двигатель нерегулируемый, частота f1 и напряжение U1 се­ти остаются постоянными, а изменяется только нагрузка на валу двигателя.

При увеличении нагрузки на валу двигателя скольжение возрастет, причем при боль­ших нагрузках скольжение увеличивается несколько быст­рее, чем при малых.

При холостом ходе двигателя п2=n1 или S=0.

При номинальной нагрузке скольжение обычно составляет S = 3-5%.

Скорость вращения ротора

Так как при увеличении нагрузки на валу двигателя скольжение возрастает, то число оборотов будет уменьшаться. Однако из­менение скорости вращения при увеличении нагрузки от 0 до номи­нальной очень незначительно и не превышает 5%. Поэтому скоро­стная характеристика асинхронного двигателя является жесткой — она имеет очень малый наклон к горизонтальной оси.

Вращающий момент, развиваемый двигателем М, уравновешен тормозным моментом на валу М₂ и моментом, идущим на преодоление механических потерь М₀, т. е.

где Р₂ — полезная мощность двигателя,

W₂ — угловая скорость ротора.

При холостом ходе двигателя вращающий момент равен М₀; с увеличением нагрузки на валу этот момент также увеличивается, причем за счет некоторого уменьшения скорости ротора увеличение вращающего момента происходит быстрее, чем увеличение полезной мощности на валу.

Сила тока I₁ потребляемого двигателем из сети, неравномерно изменяется с увеличением нагрузки на валу двигателя. При холо­стом ходе соs j мал и ток имеет большую реактивную составляю­щую и очень малую активную составляющую. При малых нагруз­ках на валу двигателя активная составляющая тока статора меньше реактивной составляющей, а потому изменение нагрузки, т. е. изменение активной составляющей тока, вызывает незначитель­ное изменение силы тока I₁ (определяющейся в основном реактивной составляющей). При больших нагрузках активная составляющая тока статора становится больше реактивной и изменение нагрузки вызывает значительное изменение силы тока I1..

Потребляемая двигателем мощность Р1 при графическом изоб­ражении имеет вид почти прямой линии, незначительно отклоняю­щейся вверх при больших нагрузках, что объясняется увеличением потерь в обмотках статора и ротора с увеличением нагрузки.

Изменение коэффициента мощности при изменении нагрузки на валу двигателя происходит следующим образом. При холостом ходе соsj мал (порядка 0,2), так как активная составляющая тока ста­тора, обусловленная потерями мощности в машине, мала по срав­нению с реактивной составляющей этого тока, создающей магнит­ный поток. При увеличении нагрузки на валу соsj возрастает (достигая наибольшего значения 0,8—0,9) в результате увеличе­ния активной составляющей тока статора. При очень больших на­грузках происходит некоторое уменьшение соsj, так как вследствие значительного увеличения скольжения и частоты тока в роторе возрастает реактивное сопротивление обмотки ротора.

Кривая к. п. д. т) имеет такой же вид, как в любой машине или трансформаторе. При холостом ходе к. п. д. равен нулю. С увели­чением нагрузки на валу двигателя к. п. д. резко увеличивается, а затем уменьшается. Наибольшего значения к. п. д. достигает при такой нагрузке, когда потери мощности в стали и механические потери, не зависящие от нагрузки, равны потерям мощности в обмотках статора и ротора, зависящим от нагрузки.

Расчет механических характеристик асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором

Главная > Курсовая работа >Физика

СЕВАСТОПОЛЬСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГИИ И ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Расчетно-графическая работа № 1

по дисциплине: «Основы электропривода» и «Автоматизированный электропривод»

«Расчет механических характеристик асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором»

Выполнил: студент гр.ЭСЭ 24-в

технич. наук Назаренко В.Н.

Тема: РАСЧЕТ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ (АД) С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ

1) Закрепить и углубить теоретические знания по определению свойств электродвигателей электроприводов по их механическим характеристикам.

2) Освоить методики расчета механических характеристик электроприводов в двигательном и тормозном режимах.

1) Рассчитать параметры обмотки статора и ротора асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

2) Произвести расчет механической характеристики асинхронного двигателя в двигательном режиме по приближенной формуле М.Клосса.

3) Произвести расчет механической характеристики асинхронного двигателя в режиме динамического торможения.

4) Построить механические характеристики исполнительного механизма и асинхронного двигателя в двигательном и тормозном режимах.

1) Технические данные двигателей нормального исполнения представлены в табл. и

2) Динамическое торможение асинхронного двигателя производиться по схеме соединения обмоток статора в звезду табл.

3) При расчете механической характеристики асинхронного двигателя в режиме динамического торможения принять

4) Момент сопротивления исполнительного механизма

1.1 Особенности расчета характеристик и определение параметров асинхронных короткозамкнутых двигателей по каталожным данным

Параметры АД являются переменными, изменяющимися в зависимости от скольжения машины, что определяется насыщением зубцового слоя и вытеснением тока ротора. Изменение параметров АД значительно затрудняет расчет их механических характеристик. Механической характеристикой называется зависимость частоты вращения ротора двигателя или скольжения от момента, развиваемого двигателем при установившемся режиме работы: n=f(M) или s=f(M).[4]

Рис.1.Механическая характеристика АД

В последующих расчетах характеристик АД в различных схемах включения основное внимание уделяется учету влияния изменения R индукт контура намагничивания, т.к. оно определяет точность расчетов. Характер изменения остальных параметров схемы замещения или не учитывается, или учитывается косвенно.

Схема замещения АД представляет собой электрическую схему, в которой вторичная цепь (обмотка ротора) соединена с первичной цепью (обмотка статора) гальванически вместо магнитной связи, существующей в двигателе.[4]

Рис.2. Схема замещения АД

В каталогах на двигатели параметры схем замещения не указываются, а приводимые данные относятся к номинальному режиму работы. И хотя каталожных данных в ряде случаев достаточно для расчета механических характеристик, эти расчеты не всегда точны. Ниже приводятся выражения, позволяющие рассчитывать параметры схем замещения АД, а также ряд других параметров по приводимым в каталогах данным: линейному напряжению и линейному току статора, номинальным значениям мощности , частоты вращения , коэффициента мощности , и КПД , числу пар полюсов , кратностям максимального и пускового тока (приложение – таблица )

1.2 Исходные данные

Технические данные односкоростных электродвигателей серии МАП нормального исполнения на 1000 об/мин.

Эксплуатация электрических машин и аппаратуры — Эксплуатационные характеристики асинхронного двигателя

Содержание материала

Правильная эксплуатация двигателей — решающий фактор высоких значений к. п. д. и cos φ . При неумелой, непродуманной эксплуатации сводятся на нет все выгоды от правильного выбора электродвигателей. Повышать к. п. д. и cos φ надо естественным и искусственным способами. Чем больше недогружен электродвигатель, тем хуже его показатели.

При 50%-ной недогрузке крупных электродвигателей потребляемый ими из сети ток статора составляет 55—60%, а ток статора мелких двигателей достигает 70% и более. Коэффициент мощности уменьшается в первом случае на 15%, во втором — до 30%.
Снижение коэффициента мощности увеличивает потери в проводах электролиний. Установленные мощности источников электроэнергии: трансформаторов, генераторов и первичных двигателей электростанций недоиспользуются.
Чем ниже cos ср, тем меньшую активную мощность могут отдавать генераторы и трансформаторы. При низком значении cosφ первичный двигатель работает с повышенным удельным расходом топлива, пониженным к. п. д., увеличенной стоимостью единицы выработанной электроэнергии.
Понижается cos φ не только из-за недогрузки, но и при работе двигателя и трансформаторов на повышенном напряжении сети, а также при значительных перегрузках. Электродвигатели должны всегда работать с полной нагрузкой и ни при каких условиях ниже 75% их номинальной мощности.
Для контроля загрузки двигателей, особенно работающих в тяжелых условиях, можно пользоваться амперметром, поставив его в одну из фаз. Регулировка загрузки обеспечивает высокие к. п. д. и cos φ, и бесперебойную работу двигателя.
Предел измерения амперметра выбирают примерно но удвоенному рабочему току двигателя. Скажем, для двигателя А41-4 l, 7 кВт при питании от сети напряжением 220 в при рабочем токе статора 6,7 а следует выбрать амперметр на 10 а. В момент пуска, когда двигатель потребляет из сети большой ток, амперметр может «сгореть».
Для сохранности прибора его необходимо на период пуска шунтировать, то есть замыкать накоротко однополюсным рубильником.
При нагрузках электродвигателя меньше 0,5 или 0,65 номинальной мощности рекомендуется переключать статорную обмотку с рабочего положения треугольник на звезду. В сельскохозяйственных установках рекомендуется переключать обмотку двигателя при снижении его нагрузки на 40% ниже номинальной. За счет снижения фазового напряжения двигателя в 1,73 раза уменьшается ток холостого хода двигателя, значительно повышаются cos ср и к.п.д. Момент двигателя уменьшается в 3 раза, это допустимо при очень малой его нагрузке.

Лучшие характеристики показывают короткозамкнутые двигатели (не с фазным ротором), быстроходные, защищенные. Двигатели с подшипниками скольжения по сравнению с двигателями на подшипниках качения дают худший cos φ и низкий к. п. д. В целях повышения надежности в эксплуатации двигателей с подшипниками скольжения их изготовляют с воздушным зазором большим, чем в двигателях с подшипниками качения.
Нельзя допускать увеличения зазора между статором и ротором двигателя при эксплуатации и ремонте. Если зазор увеличивается, необходимо перемотать обмотку двигателя, увеличив число витков.
Неравномерный износ подшипников обусловливает асимметрию магнитного поля, к. и. д. двигателя ухудшается на 1,4—3,7%, a cosφ — на 0,01—0,025 но сравнению с первоначальными данными. Увеличивается и ток холостого хода при значительном сдвиге ротора вдоль оси.
Нельзя вместо замены изношенных подшипников протачивать ротор, увеличивая при этом воздушный зазор между статором и ротором.
Уменьшение при ремонте двигателя числа витков обмотки на 10% вызовет резкое повышение индукции в стали, ток холостого хода увеличится до 25%, cosφ двигателя уменьшится на 0,05—0,06, ухудшится и к. п. д.
Эксплуатационные свойства асинхронных двигателей зависят от напряжения в сети. При неизменной загрузке двигателя понижение напряжения обусловит возрастание токов статора и ротора, несколько уменьшатся токи намагничивания и потери в стали, снизится пропорционально напряжению пусковой ток, а также пусковой и максимальный моменты двигателя, уменьшится скорость двигателя, увеличатся потери в обмотках.
При повышении напряжения возникнут обратные явления. Поэтому при эксплуатации двигателей необходимо обращать внимание на качество питающей энергии. На зажимах токоприемников в любом пункте сети при любом режиме ее нагрузки напряжение не должно повышаться более чем на 7,5% и понижаться на 7,5% от номинального значения.