Электромагнитный момент и рабочие характеристики асинхронного двигателя

Электромагнитный момент и рабочие характеристики асинхронного двигателя

Электромагнитный момент и рабочие характеристики асинхронного двигателя

Электромагнитный момент и механическая характеристика

Электромагнитный момент асинхронной машины создается в результате взаимодействия тока в обмотке ротора с вращающимся магнитным полем. Связь между моментом и скоростью вращения ротора можно получить из уравнения механической мощности . Если в него подставить выражение для тока ротора , то с учетом того, что угловая частота вращения равна ,получим

Все величины, входящие в это выражение константы, кроме скольжения s . Взяв производную и приравнивая ее нулю, найдем экстремумы функции . Они наступают при критическом скольжении . К приближенному равенству для критического скольжения можно перейти с учетом того, что . Подставляя критическое скольжение в выражение , получим значение максимального момента

. Знак плюс в этих выражениях соответствует двигательному режиму, а минус – генераторному.

Из выражения для следует, что максимальный момент в генераторном режиме больше, чем в двигательном. Однако, пренебрегая также, как это было сделано для , мы получим упрощенное выражение для максимального момента более удобное для качественного анализа –

Полагая в выражении , получим выражение для пускового момента асинхронного двигателя

Полученная зависимость представлена на рисунке. Точка соответствует идеальному холостому ходу машины. Этот режим может быть получен только за счет внешнего вращающего момента.Точка соответствует пусковому режиму или режиму короткого замыкания. Устойчивая работа машины возможна только в пределах скольжений от до , т.к. вне этого участка при увеличении скольжения момент двигателя уменьшается, что приводит к дальнейшему увеличению скольжения (снижению скорости) и этот процесс будет развиваться до полной остановки двигателя. Переход на участок неустойчивой работы называется «опрокидыванием» двигателя. Это происходит, если момент нагрузки больше или равен максимальному, поэтому максимальный момент называют также опрокидывающим.

Номинальный режим работы двигателя соответствует скольжению . Отношение называется перегрузочной способностью. Превышение максимального момента над номинальным является необходимым условием надежной работы двигателя.

Если за счет внешнего вращающего момента вал двигателя раскручивается до скорости выше синхронной , то скольжение становится отрицательным и машина переходит в генераторный режим.

При скольжениях скорость вращения будет отрицательной, т.е. ротор двигателя будет вращаться в направлении противоположном направлению вращения магнитного поля и машина перейдет в тормозной режим или режим противовключения.

На рисунке для наглядности критическое скольжение составляет около 0,5. Такие значения в реальных машинах нормального исполнения не бывают. Они находятся в пределах от 0,1 до 0,02, причем меньшие значения соответствуют машинам большей мощности. Поэтому рабочий участок характеристики практически линейный и может быть заменен прямой .

Выражение не позволяет анализировать свойства характеристики в общем виде. Однако, если его разделить на , то получится удобное выражение в относительных единицах, называемое по имени автора формулой Клосса

В теории электрических машин и электропривода вместо характеристики принято пользоваться механической характеристикой. Механическая характеристика двигателя это зависимость скорости вращения от момента нагрузки на валу, т.е. . Эту характеристику легко можно получить из характеристики , если учесть, что , т.е. она получается смещением оси момента в точку и изменением масштаба оси скольжений. При этом в новой системе координат режимы работы машины (генераторный, двигательный и тормозной) оказываются в различных квадрантах плоскости , а режимы холостого хода и короткого замыкания – в точках пересечения механической характеристики с осями координат.

Линеаризованная механическая характеристика рабочего участка примет вид

Читать еще:  Штиль 361 обороты двигателя

Характеристики асинхронного двигателя

К энергетическим характеристикам асинхронного двигателя относятся КПД двигателя(η) коэффициент мощности (cosφ) и скольжение S.
коэффициент полезного действия (η) вычисляется как отношение полезной мощности на валу двигателя Р2 кВт, к активной мощности, потребляемой двигателем из сети Р1 кВт;
η = Р2/ Р1 коэффициент мощности (cos(φ)вычисляется как отношение потребляемой активной мощности Р1 кВт, к полной мощности, потребляемой из сети S1 кВА;

По ГОСТ Р. 51677-2000 асинхронные двигатели общепромышленного назначения делятся на двигатели с нормальным КПД и двигатели с повышенным КПД. У асинхронных двигателей с повышенным КПД, суммарные потери не меньше, чем на 20%, чем у двигателей с нормальным КПД такой же мощности и частоты вращения. Коэффициенты мощностей (cosφ) асинхронных двигателей определены в ГОСТ.Р 51677. Значения КПД и cosφ конкретного асинхронного двигателя можно узнать по каталогу или по шильдику.

Причем КПД и cosφ асинхронного двигателя определяются и нагрузкой машины. В справочниках по электрическим машинам можно увидеть эти зависимости.

Линейный ток двигателя можно определить исходя из номинальной полезной мощность (Р2, кВт), номинального напряжения (UH, В ), КПД (η) и cosφ.

Мощность, потребляемая из сети можно определить из формулы:

Скольжение вычисляется как разницу между номинальной n1 и синхронной nc частотой вращения двигателя, приведенной к номинальной скорости двигателя n1:

Номинальную частоту вращения ротора n1 или скольжение (S, %)можно определить по каталогу двигателя или прочесть на его шильдике.

Механические и пусковые характеристики асинхронного двигателя

Одной из основных характеристик асинхронного двигателя, является механическая характеристика. Механической характеристикой называют зависимость скорости вращения или скольжения от вращающего момента на валу двигателя. Она позволяет сравнить и согласовать механические свойства двигателя и рабочего механизма. Соответственно, зависимость скорости вращения или скольжения от тока статора называют электромеханической характеристикой.

Механическая характеристика асинхронного двигателя определяет зависимость момента на валу двигателя от скольжения, при сохранении неизменного напряжении и частоты питающей сети

Пусковые характеристики определяют величину пускового моментаMп, минимального момента Мmin, максимального или критического момента Мкр., пускового тока Iп или пусковой мощности Sп или их отношениями. Диаграмма момента, приведенного к номинальному моменту, от скольжения получила название относительной механической характеристики.

Номинальный вращающий момент можно определить по формуле:

P2н- номинальная мощность , кВт,
N1н- номинальная частота вращенияю, об/мин.

Пусковые характеристики асинхронного двигателя

Пусковые характеристики асинхронного двигателя регламентирует ГОСТ 28327 ( МЭК 60034 — 12), а их значения приводятся в каталогах. Стандартные асинхронные двигатели могут иметь два исполнения по механическим характеристикам, которые определены в ГОСТ 28327 и МЭК 60034-12:
N – двигатели с нормальный моментом;
Н –двигатели с повышенным моментом.

Двигатели , изготовленные в исполнении N, рассчитывают на два последовательных пуска с остановкой между пусками из холодного состояния или на один пуск из нагретого состояния, после работы при номинальной нагрузке.

Момент сопротивления нагрузки при запуске прямо пропорционален квадрату частоты вращения и равняется номинальному моменту при номинальной частоте вращения, а значение внешнего момента инерции, γ , кг*м2, не должно превышать рассчитанного по формуле

где Р-номинальная мощность двигателя, кВт;
р — число пар полюсов;

При построении характеристики предполагается, что момент сопротивления нагрузки остается постоянным и равен номинальному моменту. Кроме того он не зависит от частоты вращения. Значение же внешнего момента инерции не превышаетт 50% величины, полученной по приведенной выше формуле.

Читать еще:  Характеристики двигателей bmw f30

Механические характеристики асинхронных мшин зависят в том числе и от типа ротора, его номинальной мощности, и от числа пар полюсов.

Ввиду того, что разность в значениях момента при соответствующих скольжениях у двигателей с различным числом пар полюсов невелика, и не превышает значения поля допуска на моменты. Различные механические характеристики для разных исполнений асинхронных двигателей показаны на рис

1 — исполнение N; 2 — исполнение Н; 3 — с повышенным скольжением. Механические характеристики группы двигателей, одной серии, или ее части обычно укладываются в некоторую зону. По средней линии этой зоны можно составить групповую механическую характеристику. Величина зоны групповой характеристики меньше поля допуска двигателей на моменты.

Электромагнитный вращающий момент асинхронного двигателя

Электромагнитный вращающий момент асинхронного двигателя

Электромагнитный вращающий момент асинхронного двигателя. Электромагнитный момент асинхронного двигателя создается взаимодействием вращающегося магнитного поля машины и тока Ротора. Величину этого момента можно определить по электромагнитной силе я ^〜 iost: M =где yo-угловая скорость синхронизации. b2o Как видно из Формулы (3.3), n = sopz1 M = M0 | M2 = Mst-чистая мощность двигателя P2 = M & (7.30)) Здесь-угол поворота скорости вращения ротора. Мощность на холостом ходу Po = Rms * + RDO B = M0Y. (7.31) Общая мощность машины, развиваемая роторами、 PmxP2 =(Mi + Mg) = = Λ1. (7.32) Как видно из энергетического рисунка, потери мощности Ротора медные(рисунок 7.5)、 Rm2 = Ram-Rmx = LSh-M = M (a0-P)= «• = MPo ° -= rem$ = MJoh. (7.33) 12o Учитывая равенство(7.28)、 (7.34)) MI ^ = m11r ^ r2 М = tx1g ’* yy’ / $ Oo (7.35 утра).

Поскольку величина электромагнитного момента пропорциональна мощности напряжения, приложенного к двигателю, следовательно, асинхронные двигатели очень чувствительны к изменениям напряжения. Людмила Фирмаль

  • Откуда он взялся Получить зависимость момента от напряжения клемм статора и параметров двигателя、 Используя L-образную эквивалентную схему (рис. 7.4), из которой следует текущее значение =. C V(Cr1 + C * Gg ’/ 8) * +(Cx1 + & b’)* ’ Отсюда (7.36)) Я / = UTO + SG7 / 5U2 +(x%+ Cxg ’)* 0. = 2л ^ 60. 60. _ п 2л /( M =получается Т ^ зыы / г 2π&[(r,+ Cl> ’/ x) 2+(A-1 b C * a’)*] сказал он. 31. (7.37)) Подставим значение и величину 1g из уравнения (7.35) в уравнение момента (7.35 Выражение этого момента полезно для анализа работы двигателя. Это связано с тем, что 6 = soP51 содержит практически только 1 переменную (slip 5 Из Формулы (7.37), 5 = const!

B ’ ^ const зависимость M = 1 ($)!И/ 1 = sop $ 1 показано на рисунке. 7.6.Из графика видно, что на старте(5 = 1; n = 0) двигатель генерирует пусковой момент Mn, и его значение можно получить, подставив 5 = 1 в Формулу (7.37). Когда M больше, чем статический момент, двигатель rotates. In в этом случае с увеличением скорости вращения (уменьшением на 5) электромагнитный момент возрастает, достигая максимального значения М при некотором скольжении 5 К, что называется критичностью, и момент уменьшается до тех пор, пока МСТ не уравновесится. А если приравнять его к нулю、 (США ’S / T» = 0 1.После преобразования Критическое значение скольжения$ » можно найти, используя производную уравнения момента(7.37), но、 (7.38) Y G1 * +(X1 + CX2′) 2 Подставляя значение формулы (7.37), можно увидеть максимальный крутящий момент.

    При анализе уравнений (7.38) и(7.39) можно сделать вывод, что критическое скольжение$пропорционально активному сопротивлению Ротора, не зависит от напряжения i] 1, а максимальный крутящий момент пропорционален напряжению 2 мощности и не зависит от активного сопротивления Ротора. I tkr1)? ’»1 ^ ——-• 4Я / 1 [Г1+УП * + (дг1 + сх2/) 2] Таким образом, увеличение активного сопротивления роторной цепи (возможно при асинхронном двигателе с фазным ротором за счет включения дополнительного активного сопротивления в роторную цепь), изменение его значения максимального значения характеристики M = /($) сдвигает в сторону большего проскальзывания. Рис. 7.7.Кривая М= / (5) добавлено активное сопротивление различных цепей Ротора: / d1 Людмила Фирмаль

  • Для двигателей, широко используемых, перегрузочная способность Из векторной диаграммы электродвигателя можно получить значения электромагнитных моментов, представленных потоком и током Ротора (рис. 7.3) ИГ? R ’ / 5 = Er so5 fg. Если вы присвоите значение 1πЫ/ $выражению (7.35), вы получите: M = CO5 ^ 2. 12o 2л [( ^ L / 1 Е * = 4№№ Ф* *и Йо =так、 П.. 4.44 t / A01I) 1/,/?Частотная модуляция、 M = 7 / 2СО $ 4 ′ 2 = 2L / 1 (7.40 утра )) = !Yy m ^ o ^ / e / g ’Fm C05 |)2 = CM / 2, FM C05 4’2、 2 вечера Где см = м ^ оч2 вечера Выражение (7.40) показывает, что M зависит от величин Φ,/ 2 и soo 1 ^ 2.
Читать еще:  Хонда как запустить двигатель

Образовательный сайт для студентов и школьников

Копирование материалов сайта возможно только с указанием активной ссылки «www.lfirmal.com» в качестве источника.

© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института

7.4 Электромагнитный момент и механическая характеристика асинхронного двигателя

Электромагнитный момент создается взаимодействием тока в обмотке ротора с вращающимся магнитным полем. Электромагнитный момент М пропорционален электромагнитной мощности и определяется по формуле

, а ,

– угловая синхронная скорость вращения.

Зависимость момента от скольжения – механическая характеристика асинхронной машины. Механическая характеристика имеет максимум.

На рисунке 7.2 показана механическая характеристика асинхронной машины, где указаны зоны, соответствующие различным режимам работы:

Для анализа работы асинхронного двигателя удобнее воспользоваться механической характеристикой , представленнойна рисунке 7.3.

При включении двигателя в электрическую сеть, магнитное поле статора, не обладая инерцией, сразу же начинает вращение с синхронной частотой n1 , в то же время ротор двигателя под влиянием сил инерции в начальный момент пуска остается неподвижным () и скольжение s = 1.

Выражение пускового момента асинхронного двигателя:

, Н·м,

Под действием этого момента начинается вращение ротора двигателя, при этом скольжение уменьшается, а вращающий момент возрастает в соответствии с характеристикой M = f(s). При критическом скольжении sкp момент достигает максимального значения Мmах. С дальнейшим нарастанием частоты вращения момент М начинает убывать, пока не достигнет установившегося значения.

Рисунок 7.3 – Зависимость электромагнитного момента АД от скольжения

Из анализа механической характеристики следует, что устойчивая работа асинхронного двигателя возможна при скольжениях меньше критического (), то есть на участке ОА механической характеристики. Работа асинхронного двигателя становитсянеустойчивой при скольжениях . Так, если электромагнитный момент двигателяМ=Mmax, a скольжение s=sкр, то даже незначительное увеличение нагрузочного момента, вызвав увеличение скольжения s приведет к уменьшению момента М. За этим последует дальнейшее увеличение скольжения до s =1, то есть пока ротор не остановится. При достижении электромагнитным моментом максимального значения наступает предел устойчивой работы асинхронного двигателя.

Для надёжной работы асинхронного двигателя необходимо, чтобы он обладал перегрузочной способностью. Перегрузочная способность определяется отношением максимального момента к номинальному моментуи составляет для двигателей общего назначения

Работа двигателя при скольжении s 33 / 66 33 34 35 36 37 38 39 40 41 > Следующая > >>

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector