Что характеризует собой коэффициент скольжения асинхронного двигателя

способ определения скольжения асинхронного двигателя с фазным ротором

Изобретение относится к электротехнике, преимущественно к электрическим машинам и измерительной технике, предназначено для определения скольжения асинхронного двигателя с фазным ротором. Задачей изобретения является расширение арсенала средств аналогичного назначения. Осуществляют цифровую регистрацию мгновенной величины потребляемого им тока на одной из фаз питания асинхронного двигателя с фазным ротором, в установившемся режиме функционирования асинхронного двигателя одновременно проводят цифровую регистрацию мгновенных величин потребляемого тока на одной из фаз питания и мгновенных величин тока на одной из фаз ротора, производят дискретное преобразование Фурье, получая амплитудно-частотные характеристики сигналов, выделяют основные составляющие с наибольшей амплитудой потребляемого тока с частотой f с и тока ротора с частотой F p , используя которые, определяют скольжение ротора, скольжение ротора определяют по формуле . 1 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.

Формула изобретения

1. Способ определения скольжения асинхронного двигателя с фазным ротором, включающий цифровую регистрацию мгновенной величины потребляемого им тока на одной из фаз питания асинхронного двигателя с фазным ротором, отличающийся тем, что в установившемся режиме функционирования асинхронного двигателя одновременно проводят цифровую регистрацию мгновенных величин потребляемого тока на одной из фаз питания и мгновенных величин тока на одной из фаз ротора, проводят дискретное преобразование Фурье, получая амплитудно-частотные характеристики сигналов, выделяют основные составляющие с наибольшей амплитудой потребляемого тока с частотой f c и тока ротора с частотой f p , используя которые определяют скольжение ротора.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что скольжение ротора определяют по формуле .

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике, преимущественно к электрическим машинам и измерительной технике, предназначено для определения скольжения асинхронного двигателя с фазным ротором.

Известен способ определения скольжения ротора асинхронного электродвигателя [Патент РФ 2209442, МПК7 G01R 31/34, опубл. 27.07.2003], выбранный в качестве прототипа, заключающийся в том, что на одной из фаз кабеля питания асинхронного электродвигателя осуществляют цифровую регистрацию мгновенной величины потребляемого им тока во времени, путем преобразования Гильберта выделяют низкочастотную огибающую амплитудно-модулированного сигнала потребляемого тока и определяют: численные значения амплитуды потребляемого асинхронным электродвигателем тока, коэффициент амплитудной модуляции и скольжение ротора.

Недостатком известного способа является то, что он требует большего количество операций для осуществления.

Задачей изобретения является расширение арсенала средств аналогичного назначения.

Это достигается тем, что в способе определения скольжения ротора асинхронного двигателя так же, как в прототипе, осуществляют цифровую регистрацию мгновенной величины потребляемого им тока на одной из фаз питания асинхронного двигателя с фазным ротором.

Согласно изобретению в установившемся режиме функционирования асинхронного двигателя одновременно проводят цифровую регистрацию мгновенных величин потребляемого тока на одной из фаз питания и мгновенных величин тока на одной из фаз ротора, производят дискретное преобразование Фурье, получая амплитудно-частотные характеристики сигналов, выделяют основные составляющие с наибольшей амплитудой потребляемого тока с частотой f c и тока ротора с частотой f p , используя которые, определяют скольжение ротора.

Скольжение ротора определяют по формуле

.

Использование такого подхода уменьшает количество операций для определения скольжения ротора.

На фиг.1 приведена схема устройства, реализующего рассматриваемый способ определения скольжения асинхронного двигателя.

На фиг.2 приведена осциллограмма тока одной из фаз питания асинхронного двигателя.

На фиг.3 приведена осциллограмма тока одной из фаз ротора.

На фиг.4 приведена амплитудно-частотная характеристика тока одной из фаз питания асинхронного двигателя.

На фиг.5 приведена амплитудно-частотная характеристика тока одной из фаз ротора.

На фиг.6 приведена осциллограмма выходного сигнала датчика частоты вращения.

В табл.1 приведены наибольшие амплитуды и соответствующие им частоты амплитудно-частотных характеристик сигналов.

Заявленный способ может быть осуществлен с помощью устройства (фиг.1), содержащего первый датчик сигнала 1 (ДС1), подключенный к одной из фаз питания асинхронного двигателя. К первому датчику сигнала 1 (ДС1) последовательно подключены первый программатор дискретного преобразования Фурье 2 (ПДПФ1), первый программатор выделения основной частоты 3 (ПОЧ1) и программатор определения скольжения 4 (ПС), который связан с дисплеем или ЭВМ (не показано на фиг.1). Второй датчик сигнала 5 (ДС2) подключен к одной из фаз ротора асинхронного двигателя. Ко второму датчику сигнала 5 (ДС2) последовательно подключены второй программатор дискретного преобразования Фурье 6 (ПДПФ2), второй программатор выделения основной частоты 7 (ПОЧ2) и программатор определения скольжения 4 (ПС).

В качестве датчиков сигнала 1 (ДС1) и 5 (ДС2) могут быть использованы датчики тока — промышленный прибор КЭИ-0,1. Программаторы дискретного преобразования Фурье 2 (ПДПФ1) и 6 (ПДПФ2), программаторы выделения основной частоты 3 (ПОЧ1) и 7 (ПОЧ2), программатор определения скольжения 3 (ПС) могут быть выполнены на микроконтроллере серии 51 производителя amtel AT89S53.

Для проверки работоспособности предложенного способа определения скольжения первый датчик сигнала 1 (ДС1) подключили к одной из фаз питания универсального асинхронного двигателя с фазным ротором (2p=4, n c =1500 об/мин), второй датчик сигнала 5 (ДС2) подключили к одной из фаз ротора асинхронного двигателя с фазным ротором. Регистрационные записи мгновенных значений величины потребляемого асинхронным двигателем тока i c и величины тока ротора i p получили в установившемся режиме функционирования асинхронного двигателя в течение 1 с (фиг.2 и фиг.3). В программаторах дискретного преобразования Фурье 2 (ПДПФ1) и 6 (ПДПФ2) получали амплитудно-частотные характеристики сигналов. Зависимость амплитуды тока одной из фаз питания A ic , A, от частоты f c , Гц, приведена на фиг.4. Зависимость амплитуды тока одной из фаз ротора A iр , A, от частоты f p , Гц, приведена на фиг.5. В табл.1 представлены наибольшие амплитуды токов и соответствующие им частоты.

Далее в программаторах выделения основной частоты 3 (ПОЧ1) и 7 (ПОЧ2) выделили основные составляющие с наибольшей амплитудой потребляемого тока с частотой f c =50 Гц и тока ротора с частотой f p =20 Гц. Выделенные частоты f c и f p передали в программатор определения скольжения 4 (ПС), где определили скольжение ротора s

Частоту вращения ротора определили по формуле

n p =(1-s)·n c =(1-0,4)·1500=900 об/мин.

Для проверки правильности определения частоты вращения на валу асинхронного двигателя с фазным ротором расположили фотоэлектрический датчик частоты вращения ЛИР-51 (фиг.6). Среднее значение частоты вращения ротора с датчика частоты вращения n p =883.31749 об/мин.

Таким образом, хорошо совпадают результаты расчета с экспериментальными данными.

РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ ПУСКА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ФАЗНЫМ РОТОРОМ

Занятие 38. Пусковые характеристики асинхронного двигателя

График зависимости М = f (s)
называется пусковой характеристикой двигателя.

Изменяя значение скольжения от s = 0 до s = 1 и, находя по приведенной формуле значение момента можно пусковую характеристику.

Для устойчивой работы двигателя важно, чтобы автоматически устанавливалось равновесие вращающего и тормозящего моментов: с увеличением нагрузки на валу двигателя должен соответственно возрастать и вращающий момент.

Это уравновешивание у работающего асинхронного двигателя осуществляется следующим образом:

при увеличении нагрузки на валу тормозящий момент оказывается больше вращающего, вследствие чего скорость вращения ротора уменьшается – скольжение возрастает.

Повышение скольжения вызывает увеличение вращающего момента, и равновесие моментов восстанавливается при возросшем скольжении.

Однако зависимость вращающего момента от скольжения сложна. В частности, повышение скольжения вызывает увеличение вращающего момента только при изменении скольжения в определенных пределах. За этими пределами нарушенное равновесие моментов не восстанавливается – двигатель останавливается.

На пусковой характеристике имеются три характерных точки, определяющих условия работы двигателя. (А,Б,В)

В точке А двигатель работает устойчиво. Если двигатель под влиянием какой-либо причины уменьшит частоту вращения, то скольжение его возрастет, вместе с ним возрастет вращающий момент. Благодаря этому частота вращения двигателя повысится, и вновь восстановится равновесие электромагнитного и противодействующего моментов Мэм = М2;. В точке Б работа двигателя не может быть устойчива: случайное отклонение частоты вращения приведет либо к остановке двигателя, либо к переходу его в точку А. Следовательно, вся восходящая ветвь характеристики является областью устойчивой работы двигателя, а вся нисходящая часть — областью неустойчивой работы.

Точка Б, соответствующая максимальному моменту, разделяет области устойчивой и неустойчивой работы. Максимальному значению вращающего момента соответствует критическое скольжение Sk. Скольжению S = 1 соответствует пусковой момент. Если величина противодействующего тормозного момента М2больше пускового МП, двигатель при включении не запустится, останется неподвижным.

Рис.38.1. Пусковая характеристика асинхронного двигателя.

Для целей электропривода большое значение имеет зависимость скорости

вращения двигателя от нагрузки на валу n=F(M);

эта зависимость носит назва-

ние механической характеристики(рис.38.2).

По форме своей она отличается от кривой M=F(s)

только положением по отношению к координатным осям.

Рис. 38.2. Механическая характеристика асинхронного двигателя

Пусковые свойства двигателя

Пусковые свойства асинхронного двигателя оцениваются его пусковыми характеристиками:

а) величиной пускового тока Iп или его кратностью Iп/ I1н;

б) величиной пускового момента Мп или его кратностью Мп/Мн;

в) продолжительностью и плавностью пуска двигателя в ход;

г) сложностью пусковой операции;

д) экономичностью пусковой операции (стоимость и надежность пусковой аппаратуры).

В начальный момент пуска скольжение s = 1, поэтому, пренебрегая током холостого хода, величина пускового тока Iп будет равна

Iп = U1 / (√ [(r1 + r’2)2 + (x1 + x’2)2]).

Следовательно, улучшить пусковые свойства двигателя можно путем увеличения активного сопротивления цепи ротора r’2, так как в этом случае уменьшается пусковой ток и увеличивается пусковой момент. В то же время напряжение U1 по-разному влияет на пусковые характеристики: с уменьшением U1 пусковой ток уменьшается, что благоприятно влияет на пусковые свойства двигателя, но одновременно это вызывает уменьшение пускового момента. Возможность применения того или иного способа улучшения пусковых характеристик определяется условиями эксплуатации двигателя и требованиями, которые к нему предъявляются.

Практически используются следующие способы пуска: непосредственное подключение обмотки статора к сети (прямой пуск); понижение напряжения, подводимого к двигателю при пуске; подключение к обмотке ротора пускового реостата.

Прямой пуск применяется для двигателей малой и средней мощности. Обычно при прямом пуске действующее значение пускового тока превосходит номинальное значение в четыре — шесть раз.

Прямой пуск самый распространенный способ пуска в ход асинхронных двигателей. Недостатками его являются: большой пусковой ток и сравнительно малый пусковой момент, достоинство — простота.

Пуск асинхронного двигателя при пониженном напряжении применяют для двигателей большой мощности. Понижение напряжения может осуществляться тремя способами:

а) путем переключения обмотки статора при пуске с нормальной схемы «треугольник» на пусковую схему «звезда». В этом случае фазовое напряжение уменьшается в

раз, что обуславливает уменьшение фазовых токов в раз и линейных токов в 3 раза. По окончании процесса пуска обмотку статора переключают на нормальную схему «треугольник».

Конструкция

В каждом электромоторе есть две важных рабочих детали: ротор и статор. Они заключены в защитный кожух. Для охлаждения проводников обмотки на валу ротора установлен вентилятор. Это общий принцип строения всех типов электродвигателей.

Конструкции статоров рассматриваемых электродвигателей ничем не отличаются от строения этих деталей в других типах электромоторов, работающих в сетях переменного тока. Сердечники статора, предназначенного для работы при трехфазном напряжении, располагаются по кругу под углом 120º. На них устанавливаются обмотки из изолированной медной проволоки определённого сечения, которые соединяются треугольником или звездой. Конструкция магнитопровода статора жёстко крепится на стенках цилиндрического корпуса.

Строение электродвигателя понятно из рисунка 1. Обратите внимание на конструкцию обмоток без сердечника в короткозамкнутом роторе.

Рис. 1. Строение асинхронного двигателя с КЗ Ротором

Немного по-другому устроен ротор. Конструкция его обмотки очень похожа на беличью клетку. Она состоит из алюминиевых стержней, концы которых замыкают короткозамыкающие кольца. В двигателях большой мощности в качестве короткозамкнутых обмоток ротора можно увидеть применение медных стержней. У этого металла низкое удельное сопротивление, но он дороже алюминия. К тому же медь быстрее плавится, а это не желательно, так как вихревые токи могут сильно нагревать сердечник.

Конструктивно стержни расположены поверх сердечников ротора, которые состоят из трансформаторной стали. При изготовлении роторов сердечники монтируют на валу, а проводники обмотки впрессовывают (заливают) в пазы магнитопровода. При этом нет необходимости в изоляции пазов сердечника. На рисунке 2 показано фото ротора с КЗ обмотками.

Рис. 2. Ротор асинхронного двигателя с КЗ обмотками

Пластины магнитопроводов таких роторов не требуют лаковой изоляции поверхностей. Они очень просты в изготовлении, что удешевляет себестоимость асинхронных электродвигателей, доля которых составляет до 90% от общего числа электромоторов.

Ротор асинхронно вращается внутри статора. Между этими деталями устанавливаются минимальные расстояния в виде воздушных зазоров. Оптимальный зазор находится в пределах от 0,5 мм до 2 мм.

В зависимости от количества используемых фаз асинхронные электродвигатели можно разделить на три типа:

• однофазные;
• двухфазные;
• трёхфазные.

Они отличаются количеством и расположением обмоток статора. Модели с трехфазными обмотками отличаются высокой стабильностью работы при номинальной нагрузке. У них лучшие пусковые характеристики. Зачастую такие электродвигатели используют простую схему пуска.

Двухфазные двигатели имеют две перпендикулярно расположенных обмотки статора, на каждую из которых поступает переменный ток. Их часто используют в однофазных сетях – одну обмотку подключают напрямую к фазе, а для питания второй применяют фазосдвигающий конденсатор. Без этой детали вращение вала асинхронного электродвигателя самостоятельно не начнётся. В связи с тем, что конденсатор является неотъемлемой частью двухфазного электромотора, такие двигатели ещё называют конденсаторными.

Пусковое свойство — асинхронный двигатель

Пусковые свойства асинхронных двигателей характеризуются начальным пусковым и максимальным моментами и начальным пусковым током. В двигателях с фазными роторами начальный момент и пусковой ток определяются сопротивлением пускового реостата. [1]

Пусковые свойства асинхронных двигателей с контактными кольцами зависят от сопротивления пускового реостата, включаемого в цепь обмотки ротора, поэтому кратности Ми / Мп и / ш / Лн в каталогах не приводятся. [3]

Пусковые свойства асинхронного двигателя определяются особенностями его конструкции, в частности устройством ротора. [4]

Пусковые свойства асинхронного двигателя определяются зависимостями вращающего момента и тока от частоты вращения. Эти характеристики определяют и другие показатели: длительность пуска, потери энергии в обмотках и, следовательно, их нагрев. Для уменьшения длительности пуска, потерь энергии в обмотках двигателя и их нагрева стремятся к увеличению пускового момента и снижению пускового тока. [5]

Начальный пусковой момент Мпуск характеризует пусковые свойства асинхронного двигателя . [6]

Коэффициент качества пуска у может характеризовать пусковые свойства асинхронных двигателей . Однако большое значение коэффициента у может оказаться у двигателя с недостаточно высокими энергетическими показателями. [7]

Как было отмечено ранее, коэффициент качества пуска у [ см. формулу (3.48) ] может характеризовать пусковые свойства асинхронных двигателей . Однако большое значение коэффициента у может оказаться у двигателя с недостаточно высокими энергетическими показателями. [8]

Какие показатели определяют пусковые свойства асинхронных двигателей

Пусковые свойства двигателя определяются в первую очередь значением пускового тока Iп или его кратностью Iп/ Iном и значением пускового момента Мп или его кратностью Мп/Мном. Двигатель, обла­дающий хорошими пусковыми свойствами, развива­ет значительный пусковой момент при сравнительно небольшом пусковом токе. Однако получение такого сочетания пусковых параметров в асинхронном дви­гателе сопряжено с определенными трудностями. В начальный момент пуска скольжение s = 1, по­этому, пренебрегая током х.х., пусковой ток можно определить подставив s = 1:

Iп
=U1/.
Пусковой момент по

Mп
=
Улучшить пуско­вые свойства двигателя можно увеличением актив­ного сопротивления цепи ротора r2′, так как в этом случае уменьшение пускового тока сопровождается увеличением пускового момента. В то же время на­пряжение U1 по-разному влияет на пусковые пара­метры двигателя: с уменьшением U1 пусковой ток уменьшается, что благоприятно влияет на пусковые свойства двигателя, но одновременно уменьшается пусковой момент. Целесообразность применения того или иного способа улучшения пусковых свойств двигателя определяется конкретными условиями эксплуатации двигателя и требованиями, которые предъявляются к его пусковым свойствам. Помимо пусковых значений тока Iп и момента Мп пусковые свойства двигателей оцениваются еще и такими показателями: продолжительность и плавность пуска, сложность пусковой опе­рации, ее экономичность (стои­мость и надежность пусковой ап­паратуры и потерь энергии в ней).

Подключение

Статорные обмотки трёхфазного АДКР можно подключать по схеме «треугольник» либо «звезда». При этом для звёздочки требуется напряжение выше, чем для треугольника.

Обратите внимание на то, что электродвигатель, подключенный разными способами к одной и той же сети, потребляет разную мощность. Поэтому нельзя подключать электромотор, рассчитанный на схему «звезда» по принципу треугольника. Но с целью уменьшения пусковых токов можно коммутировать на время пуска контакты звезды в треугольник, но тогда уменьшится и пусковой момент.

Схемы включения понятны из рисунка 4.

Рис. 4. Схемы подключения

Для подключения трёхфазного электрического двигателя к однофазному току применяют фазосдвигающие элементы: конденсаторы, резисторы. Примеры таких подключений смотрите на рисунке 5. Можно использовать как звезду, так и треугольник.

Рис. 5. Примеры схем подключений в однофазную сеть

С целью управления работой двигателя в электрическую цепь статора подключаются дополнительные устройства.

Асинхронный двигатель

При расчетах начального значения периодической составляющей тока КЗ от асинхронных электродвигателей последние следует вводить в схему замещения сверхпереходным индуктивным сопротивлением. При необходимости проведения уточненных расчетов следует также учитывать активное сопротивление асинхронного электродвигателя.

Суммарное активное сопротивление, характеризующее асинхронный электродвигатель в начальный момент КЗ в миллиомах, допустимо рассчитывать по формуле:

, (1.19)

где R₁ – активное сопротивление статора, мОм;

R₂ – активное сопротивление ротора, приведенное к статору, мОм. Это сопротивление допустимо определять по формуле:

где М_n – кратность пускового момента электродвигателя по отношению к его номинальному моменту;

P_ном – номинальная мощность электродвигателя, кВт;

Р_мх – механические потери в электродвигателе (включая добавочные потери), кВт;

I_n – кратность пускового тока электродвигателя по отношению к его номинальному току;

I_ном – номинальный ток электродвигателя, А;

S_ном – номинальное скольжение, отн. ед.

Активное сопротивление статора электродвигателя, в миллиомах, если оно не задано изготовителем, допускается определять по формуле:

где s_ном – номинальное скольжение асинхронного электродвигателя, %.

Сверхпереходное индуктивное сопротивление асинхронного электродвигателя в миллиомах равно:

( 1.22)

где U_ф.ном—номинальное фазное напряжение электродвигателя, В.

Для асинхронных электродвигателей, сверхпереходную ЭДС (E ’’ _ф.СД), в вольтах, следует определять по формуле:

Активное сопротивление обратной последовательности асинхронного двигателя находится по формулам для активного сопротивления прямой последовательности при скольжении равном:

S = 200% – S _ном (поле статора вращается в противоположном направлении по отношении к направлению вращения ротора).

Индуктивное сопротивление обратной последовательности асинхронного двигателя не зависит от направления вращения поля и берется равным индуктивному сопротивлению прямой последовательности

Величина сопротивления нулевой последовательности асинхронного двигателя зависит от схемы соединения обмоток и равна бесконечности если обмотки соединены в треугольник или звезду с незаземленной нулевой точкой; если нулевая точка электродвигателя заземлена, то активное сопротивление нулевой последовательности двигателя равно сопротивлению статора R₁ , вычисляемого по формуле (1.21), а индуктивное сопротивление равно сверхпереходному сопротивлению прямой последовательности формула (1.22)

Действующее значение периодической составляющей тока КЗ в произвольный момент времени от асинхронного электродвигателя I_пtАД или нескольких электродвигателей, находящихся в одинаковых условиях по отношению к точке КЗ, следует рассчитывать соответственно по формуле:

где I_номАД – номинальный ток причем при нескольких электродвигателях под номинальным током следует понимать сумму номинальных токов всех электродвигателей;

I_п0(ном) – начальный токпериодической составляющей;

g_tАД – коэффициент определяемый по графику в приложении 6.

Краткие теоретические сведения. Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором находят широкое применение в

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором находят широкое применение в приводах различных промышленных механизмов благодаря простоте их конструкции, надежности в эксплуатации, высоким энергетическим показателям и сравнительно низкой стоимости.

Момент электромагнитный, развиваемый асинхронным двигателем определяется выражением:

, (1)

где U_Ф – действующее значение фазного напряжения сети, В;

R₁, R`₂ – активные сопротивления обмоток соответственно фазы статора и фазы ротора, приведенное к цепи статора, Ом;

X₁, X`₂ – индуктивные сопротивления обмоток соответственно фазы статора и фазы ротора, приведенное к цепи статора, Ом;

X_k – индуктивное фазное сопротивление короткого замыкания, Ом;

s – скольжение двигателя;

w₀ – угловая скорость поля двигателя, рад/с.

Индуктивное фазное сопротивление короткого замыкания

. (2)

Скольжение двигателя – это относительный параметр, характеризующий отставание или опережение скорости вала двигателя скорости поля по отношению к скорости поля:

. (3)

Угловая скорость поля

, (4)

где f – частота напряжения питающей сети, Гц;

р – число пар полюсов двигателя.

Номинальную угловую скорость двигателя можно определить зная номинальную частоту вращения n_НОМ [об/мин] по выражению:

. (5)

Номинальное скольжение двигателя

. (6)

Статическую механическую характеристику АД w = f(М) (здесь М – момент электромагнитный) можно построить используя формулу (1) и уравнение связи между угловой скоростью вала двигателя и скольжением:

. (7)

С учетом того, что момент электромагнитный по формуле (1) имеет экстремум (критическое значение), то возможна и другая форма записи зависимости М = f(s), называемая формулой Клосса:

, (8)

где М_k – максимальное (критическое) значение момента, Н×м;

s_k – критическое скольжение, соответствующее М_k;

Момент критический и скольжение критическое определяются выражениями:

, (9)

. (10)

Для асинхронных двигателей большой мощности (Р_2НОМ > 100 кВт) сопротивление R₁ невелико, тогда можно считать что R₁

Статическую электромеханическую характеристику асинхронного двигателя w = f(I₁) можно рассчитать используя приближенную формулу, предложенную В.А. Шубенко – зависимость I₁ = f(s) и формулу связи угловой скорости и скольжения двигателя (42). Формула В.А. Шубенко имеет вид:

, (13)

где I₁ – ток фазы статора, А;

I_1НОМ – номинальный ток фазы статора двигателя, А;

I₀ – ток холостого хода двигателя, А;

М, М_НОМ – момент двигателя при скольжении s, который определяется при расчете механической характеристики, и номинальный момент двигателя соответственно, Н×м;

s, s_НОМ – скольжение двигателя текущее и номинальное соответственно.

Номинальный ток статора и ток холостого хода можно определить по каталожным данным асинхронного двигателя по следующим формулам:

, (14)

. (15)

На рисунке 7 представлен примерный вид статической механической характеристики асинхронного электродвигателя, рассчитанной по формулам (42), (43).

Рисунок 7 – Статическая механическая характеристика АД

На рисунке 8 представлена статическая электромеханическая характеристика асинхронного электродвигателя w = f(I₁), рассчитанная по формулам (42), (48), (49), (50).

Рисунок 8 – Статическая электромеханическая характеристика АД

Контрольные вопросы

1. Что показывает статическая механическая характеристика асинхронного двигателя?

2. Что такое естественная механическая характеристика? В чем разница между естественной и искусственной механической характеристикой?

3. Записать выражение естественной механической характеристики асинхронного двигателя и проанализировать его.

4. В чем разница между моментом электромагнитным и моментом на валу двигателя? Как они соотносятся, например, в двигательном режиме работы?

5. Как изменится механическая характеристика асинхронного двигателя, если напряжение, подводимое к статору, уменьшить в два раза? Начертить эти характеристики.

6. В каких квадрантах плоскости изображают статические характеристики в тормозных режимах работы (генераторное торможение, торможение противовключением)? Начертить эти характеристики.

7. Пояснить работу универсального лабораторного стенда при работе исследуемого двигателя в двигательном режиме.

8. Пояснить принцип создания регулируемой нагрузки на валу исследуемого двигателя в универсальном лабораторном стенде.

9. Пояснить процессы преобразования энергии в электромашинном агрегате при работе исследуемого двигателя в режиме генераторного торможения.

10. Начертить электромеханическую и механическую характеристики асинхронного двигателя. На характеристиках указать пусковой ток и пусковой момент. Почему кратность пускового тока велика, а пускового момента нет?

11. Что такое критический момент и критическое скольжение? От каких параметров двигателя и питающей сети они зависят?

12. Показать на статической механической характеристике рабочий участок. Почему он так называется?

Рекомендуемая литература

1. Москаленко В.В. Автоматизированный электропривод: Учебник для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 416 с.: ил.

2. Основы автоматизированного электропривода: Учеб. пособие для вузов/ М.Г. Чиликин, М.М. Соколов, В.М. Терехов, А.В. Шинянский. – М.: Энергия, 1974. – 568с.: ил.

3. Чиликин М.Г. Теория автоматизированного электропривода: Учеб. пособие для вузов / Чиликин М.Г., Ключев В.И., Сандлер А.С. – М.: Энергия, 1979. – 616с.: ил.

ЗАВИСИМОСТЬ СКОЛЬЖЕНИЯ ОТ РЕЖИМОВ РАБОТЫ АД.

Важнейшим параметром асинхронной машины является скольжение – величина, характеризующая разность частот вращения магнитного поля и ротора.

или (2.1)

В соответствии с принципом обратимости электрических машин асинхронные машины могут работать как в двигательном, так и в генераторном режимах. Кроме того, она может работать и в режиме электромагнитного торможения противовключением.

2.2.1. Двигательный режим

Работа машины электродвигателем частично рассмотрена в подразд. 2.1. Разгону двигателя предшествует его пуск. При пуске трехфазная обмотка статора подключается к сети. Протекающий ток создает вращающееся магнитное поле, оно вращается с частотой n₁, но ротор в силу инерционности небольшой момент времени остается неподвижным, n = 0, тогда при пуске

. (2.2)

По мере разгона частота вращения ротора n будет расти, а скольжение S уменьшаться. Скольжение, соответствующее номинальной нагрузке двигателя называют номинальным S_н. Для асинхронных двигателей общего назначения S_н= (1¸8) %, при этом для двигателей большой мощности
S_н = 1 %, а для двигателей малой мощности S_н = 8 %.

При помощи постороннего двигателя частота вращения ротора
машины может быть увеличена до скорости вращения магнитного поля, т. е. n = n₁

При этом скольжение

. (2.3)

В этом случае ротор и поле будут взаимно неподвижны, а токи в роторе и электромагнитные силы исчезнут. Такой режим называют идеальным холостым ходом асинхронной машины.

2.2.2. Генераторный режим

Если обмотку статора включить в сеть, а ротор асинхронной машины посредством приводного двигателя вращать в направлении вращения магнитного поля статора с частотой n > n₁. Так как ротор будет обгонять поле статора, то направление движения ротора относительно поля статора изменится на обратное, по сравнению с двигательным режимом. При этом скольжение станет отрицательным

. (2.4)

Эдс, наведённая в обмотке ротора, изменит свое направление. Токи и электромагнитный момент ротора изменят свое направление. Такой момент будет противодействовать вращению приводного двигателя. Таким образом, асинхронная машина, ротор которой вращается в направлении вращения магнитного поля с частотой, превышающей частоту поля, является генератором.

Скольжение асинхронной машины в генераторном режиме может изменяться в диапазоне 0 > S –¥, т. е. оно принимает любые отрицательные значения.

2.2.3. Режим электромагнитного тормоза

В режиме электромагнитного тормоза асинхронная машина работает тогда, когда её ротор и магнитное поле вращаются в разных направлениях. Например, машина работает в двигательном режиме. Если изменим порядок чередования фаз, подводимого к обмоткам статора напряжения, то вращающееся поле статора изменит направление вращения на обратное. При этом ротор асинхронной машины под действием сил инерции будет продолжать вращение в прежнем направлении, т.е. ротор и поле статора будут вращаться в противоположных направлениях. В этих условиях электромагнитный момент машины, направленный в сторону вращения поля статора, будет оказывать на ротор тормозящее действие.

В режиме электромагнитного торможения частота вращения ротора по отношению к частоте вращения поля статора является отрицательной; поэтому скольжение имеет положительное значение

. (2.5)

Скольжение асинхронной машины в режиме торможения противовклю­чением может изменяться в диапазоне 1