1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое естественная механическая характеристика асинхронного двигателя

МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Зависимость электромагнитного момента от скольжения.

Наибольшее значение для оценки свойств асинхронного двигателя имеет механическая характеристика, представляющая собой графическую зависимость частоты вращения ротора п2от вращающего момента М, т. е. п2 = f(М) или М = f(n2). Иногда эта зависимость выражается в виде М = f(s) или М = f(ν), где ν = п2/п1 — относительная частота вращения. При этом

Использование понятий относительной частоты вращения и скольжения придает механической характеристике более общий характер.

Рис. 2.21 — Механическая характеристика асинхронной машины

Для построения механической характеристики можно воспользоваться круговой диаграммой либо формулой

получаемой из формулы

путем подстановки значения тока Ι’2из схемы замещения (см. рис. 2.16, а):

.

Для машин мощностью более 10 кВт величина С1 ≈ 1 и формула момента приобретают более простой вид:

Задаваясь значениями s, при известных параметрах двигателя можно определить М и построить искомую механическую характеристику.

Механическая характеристика (рис. 2.21, а и б) имеет максимум момента при частоте вращения п2≈ (0,8 ÷ 0,9) n1; при частоте вращения n2 = n1 момент вращения М = 0, а при n2 = 0 пусковой момент составляет Мп = (0,3 ÷ 0,7) Мmax.

Скольжение, при котором момент имеет максимальное значение (критическое скольжение), можно определить из (2.46), взяв производную от момента по скольжению dM/ds и приравняв ее нулю.

Решая уравнение относительно s, получаем критическое скольжение:

. (2.47)

В первом приближении, принимая С1 = 1,0 и пренебрегая величиной R1в знаменателе [так как R1 2 2R2/(ω1s) = m2sE 2 2R2/[ω1(R 2 2 + s 2 X 2 2)] . (2.49)

Принимая приближенно Е2≈ const, т. е. считая, что магнитный поток машины при изменении нагрузки не изменяется, и приравнивая нулю производную dM/ds, полученную го формулы (2.49), можно найти критическое скольжение, соответствующее максимальному моменту, sкp = ± R2/X2 и соответственно максимальный момент

Разделив выражение (2.49) на (2.50), после преобразования получим

Формула (2.51) является приближенной и, конечно, дает погрешность, так как не учитывает падение напряжения в обмотках статора. Особенно велика погрешность при переходе из двигательного режима в генераторный, где разница в моментах может быть существенной. Однако для исследования одного режима выведенная формула дает приемлемую точность. Это объясняется тем, что в области малых скольжений от s = 0 до sкр магнитный поток изменяется незначительно и, следовательно, в этой области формула не может дать большой погрешности, тем более, что точки при s = 0 и sкр являются фиксированными.

При скольжениях, близких к единице, формула (2.51), казалось бы, должна давать завышенные значения момента, так как при больших токах сильнее проявляется падение напряжения в статоре. Однако в реальных машинах при скольжениях, близких к единице, уменьшается сопротивление Х2из-за явления вытеснения тока в проводниках ротора, что ведет к увеличению момента. В результате оказывается, что погрешность, обусловленная пренебрежением падения напряжения в статоре, и погрешность, вызванная изменением параметров ротора, взаимно противоположны, вследствие чего точность приближенной формулы (2.51) достаточна для практических целей.

Характеристики асинхронных двигателей

Для правильной эксплуатации асинхронного двигателя необходимо знать его характеристики: механическую и рабочие.

Механическая характеристика. Зависимость частоты вращения ротора от нагрузки (вращающегося момента на валу) называется механической характеристикой асинхронного двигателя (рис.2,а). При номинальной нагрузке частота вращения для различных двигателей обычно составляет 98—92,5 % частоты вращения n1 (скольжение sном = 2 – 7,5 %). Чем больше нагрузка, т. е. вращающий момент, который должен развивать двигатель, тем меньше частота вращения ротора. Как показывает кривая

Рис.2. Механические характеристики асинхронного двигателя: а — естественная; б — при включении пускового реостата

на рис.2, а, частота вращения асинхронного двигателя лишь незначительно снижается при увеличении нагрузки в диапазоне от нуля до наибольшего ее значения. Поэтому говорят, что такой двигатель обладает жесткой механической характеристикой.

Наибольший вращающий момент Mmax двигатель развивает при некоторое скольжении skp, составляющем 10—20%. Отношение Mmax/Mном определяет перегрузочную способность двигателя, а отношение Мпном — его пусковые свойства.

Двигатель может устойчиво работать только при обеспечении саморегулирования, т. е. автоматическом установлении равновесия между приложенным к валу моментом нагрузки Мвн и моментом М, развиваемым двигателем. Этому условию соответствует верхняя часть характеристики до достижения Mmax (до точки В). Если нагрузочный момент Мвн превысит момент Mmax, то двигатель теряет устойчивость и останавливается, при этом по обмоткам машины будет длительно проходить ток в 5—7 раз больше номинального, и они могут сгореть.

Читать еще:  Включение видеорегистратора после запуска двигателя

При включении в цепь обмоток ротора пускового реостата получаем семейство механических характеристик (рис.2,б). Характеристика 1 при работе двигателя без пускового реостата называется естественной. Характеристики 2, 3 и 4, получаемые при подключении к обмотке ротора двигателя реостата с сопротивлениями R1п (кривая 2), R2п (кривая 3) и R3п (кривая 4), называют реостатными механическими характеристиками. При включении пускового реостата механическая характеристика становится более мягкой (более крутопадающей), так как увеличивается активное сопротивление цепи ротора R2 и возрастает sкp. При этом уменьшается пусковой ток. Пусковой момент Мп также зависит от R2. Можно так подобрать сопротивление реостата, чтобы пусковой момент Мп был равен наибольшему Мmax.

В двигателе с повышенным пусковым моментом естественная механическая характеристика приближается по своей форме к характеристике двигателя с включенным пусковым реостатом. Вращающий момент двигателя с двойной беличьей клеткой равен сумме двух моментов, создаваемых рабочей и пусковой клетками. Поэтому характеристику 1 (рис. 3) можно получить путем суммирования характеристик 2 и 3, создаваемых этими клетками. Пусковой момент Мп такого двигателя значительно больше, чем момент М’п обычного короткозамкнутого двигателя. Механическая характеристика двигателя с глубокими пазами такая же, как и у двигателя с двойной беличьей клеткой.

Рабочие характеристики.Рабочими характеристиками асинхронного двигателя называются зависимости частоты вращения n (или скольжения s), момента на валу М2, тока статора I1 коэффициента полезного действия ? и cos?1, от полезной мощности Р2 = Рmx при номинальных значениях напряжения U1 и частоты f1 (рис.4). Они строятся только для зоны практической устойчивой работы двигателя, т. е. от скольжения, равного нулю, до скольжения, превышающего номинальное на 10—20%. Частота вращения n с ростом отдаваемой мощности Р2 изменяется мало, так же как и в механической характеристике; вращающий момент на валу М2 пропорционален мощности Р2, он меньше электромагнитного момента М на значение тормозящего момента Мтр, создаваемого силами трения.

Ток статора I1, возрастает с увеличением отдаваемой мощности, но при Р2 = 0 имеется некоторый ток холостого хода I. К. п. д. изменяется примерно так же, как и в трансформаторе, сохраняя достаточно большое значение в сравнительно широком диапазоне нагрузки.

Наибольшее значение к. п. д. для асинхронных двигателей средней и большой мощности составляет 0,75—0,95 (машины большой мощности имеют соответственно больший к. п. д.). Коэффициент мощности cos?1 асинхронных двигателей средней и большой мощности при полной нагрузке равен 0,7—0,9. Следовательно, они загружают электрические станции и сети значительными реактивными токами (от 70 до 40% номинального тока), что является существенным недостатком этих двигателей.

Рис.3. Механическая характеристика асинхронного двигателя с повышенным пусковым моментом (с двойной беличьей клеткой)

Рис.4. Рабочие характеристики асинхронного двигателя

При нагрузках 25—50 % номинальной, которые часто встречаются при эксплуатации различных механизмов, коэффициент мощности уменьшается до неудовлетворительных с энергетической точки зрения значений (0,5—0,75).

При снятии нагрузки с двигателя коэффициент мощности уменьшается до значений 0,25—0,3, поэтому нельзя допускать работу асинхронных двигателей при холостом ходе и значительных недогрузках.

Работа при пониженном напряжении и обрыве одной из фаз.
Понижение напряжения сети не оказывает существенного влияния на частоту вращения ротора асинхронного двигателя. Однако в этом случае сильно уменьшается наибольший вращающий момент, который может развить асинхронный двигатель (при понижении напряжения на 30% он уменьшается примерно в 2 раза). Поэтому при значительном падении напряжения двигатель может остановиться, а при низком напряжении — не включиться в работу.

На э. п. с. переменного тока при уменьшении напряжения в контактной сети соответственно уменьшается и напряжение в трехфазной сети, от которой питаются асинхронные двигатели, приводящие во вращение вспомогательные машины (вентиляторы, компрессоры, насосы). Для того чтобы обеспечить нормальную работу асинхронных двигателей при пониженном напряжении (они должны нормально работать при уменьшении напряжения до 0,75Uном), мощность всех двигателей вспомогательных машин на э. п. с. берется примерно в 1,5—1,6 раза большей, чем это необходимо для привода их при номинальном напряжении. Такой запас по мощности необходим также из-за некоторой несимметрии фазных напряжений, так как на э. п. с. асинхронные двигатели питаются не от трехфазного генератора, а от расщепителя фаз. При несимметрии напряжений, фазные токи двигателя будут неодинаковы, и сдвиг между ними по фазе не будет равен 120°. В результате по одной из фаз будет протекать больший ток, вызывающий увеличенный нагрев обмоток данной фазы. Это заставляет ограничивать нагрузку двигателя по сравнению с работой его при симметричном напряжении. Кроме того, при несимметрии напряжений возникает не круговое, а эллиптическое вращающееся магнитное поле и несколько изменяется форма механической характеристики двигателя. При этом уменьшаются его наибольший и пусковой моменты. Несимметрию напряжений характеризуют коэффициентом несимметрии, который равен среднему относительному (в процентах) отклонению напряжений в отдельных фазах от среднего (симметричного) напряжения. Систему трехфазных напряжений принято считать практически симметричной, если этот коэффициент меньше 5 %.

Читать еще:  В чем заключаются промывка двигателя

При обрыве одной из фаз двигатель продолжает работать, но по неповрежденным фазам будут протекать повышенные токи, вызывающие увеличенный нагрев обмоток; такой режим не должен допускаться. Пуск двигателя с оборванной фазой невозможен, так как при этом не создается вращающееся магнитное поле, вследствие чего ротор двигателя не будет вращаться.

Использование асинхронных двигателей для привода вспомогательных машин э. п. с. обеспечивает значительные преимущества по сравнению с двигателями постоянного тока. При уменьшении напряжения в контактной сети частота вращения асинхронных двигателей, а следовательно, и подача компрессоров, вентиляторов, насосов практически не изменяются. В двигателях же постоянного тока частота вращения пропорциональна питающему напряжению, поэтому подача этих машин существенно уменьшается.

Механическая характеристика электродвигателя(естественная,искусственная)

Вращающий момент электродвигателя должен преодолевать момент сопротивления на валу рабочей машины с учетом частоты ее вращения. Частота вращения у большинства электродвигателей зависит от вращающего момента, что позволяет оценивать их электромеханические свойства и, следовательно, пригодность в качестве привода той или другой рабочей машины. Зависимость частоты вращения двигателя от момента на его валу называется механической характеристикой электродвигателя.

У большинства электродвигателей с увеличением вращающего момента частота вращения уменьшается. В зависимости от степени изменения частоты вращения при изменении вращающего момента механические характеристики могут быть более жесткими или более мягкими.

Жесткость механической характеристики определяется величиной называемой степенью жесткости. По степени жесткости механические характеристики могут быть абсолютно жесткими, жесткими и мягкими.

При абсолютно жесткой механической характеристике частота вращения электродвигателя остается постоянной при изменении вращающего момента.

Такую характеристику имеют синхронные электродвигатели. При жесткой механической характеристике частота вращения электродвигателя -меняется незначительно при изменении вращающего момента. Такую характеристику имеют электродвигатели постоянного тока с параллельным возбуждением и асинхронные электродвигатели (в пределах рабочей части характеристики).

При мягкой механической характеристике наблюдается значительное снижение частоты вращения с изменением вращающего момента. Такая характеристика наблюдается у электродвигателей постоянного тока с последовательным возбуждением.

Установившийся режим работы какого-либо механизма возможен только при равенстве вращающего момента и момента сопротивления. Если это равенство нарушается, то механизм будет работать в новом установившемся режиме при другой частоте вращения. Современные контрольно-кассовые устройства имеют несколько электроприводов. Компания Агро-Транзит предлагает широкий выбор оборудования для офисов и контрольно-кассовой техники.

Изменение частоты вращения обычно ограничивается определенными требованиями, выполнить которые можно только при согласовании механических характеристик электродвигателя и рабочей машины.

Механические характеристики электродвигателей могут быть естественными и искусственными.

  • Естественные механические характеристики — это зависимость вида n=f(MB)при нормальных условиях работы электродвигателя, когда значения напряжения, тока и частоты вращения равны номинальным.
  • Искусственные механические характеристики — это зависимость вида n=f(MB)для случаев, когда напряжение, подведенное к электродвигателю, отличается от номинального или когда в цепь якоря (ротора) включено дополнительное сопротивление.

Номинальный режим — это режим работы, для которого предназначен данный электродвигатель. Основные данные такого режима указаны в паспорте электродвигателя.

Номинальная мощность — это полезная механическая мощность на валу электродвигателя при номинальных значениях напряжения, тока и частоты вращения.

Номинальный вращающий момент — это момент на валу электродвигателя при номинальных значениях мощности и частоты вращения.

Номинальная частота вращения — это скорость на валу двигателя при номинальных значениях напряжения и мощности.

Номинальный к.п.д. -это к.п.д. электродвигателя при номинальном режиме.

Начальный пусковой вращающий момент — это момент вращения, развиваемый электродвигателем при неподвижном роторе, номинальных напряжении и частоте и обмотках, соединенных соответственно номинальному режиму

Максимальный вращающий момент— это наибольший вращающий момент, развиваемый электродвигателем при номинальных напряжении, частоте и обмотках, соединенных соответственно номинальному режиму.

Читать еще:  Шкода октавия 2001 года какой двигатель лучше

Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.005 сек.)

Преимущества и недостатки асинхронного двигателя

Подавляющее большинство электродвигателей, используемых в промышленности – асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. В новом оборудовании их доля составляет более 95%, остальное – серводвигатели, шаговые двигатели, щеточные двигатели постоянного тока и некоторые другие специфические виды приводов.

Преимущества асинхронного двигателя

Конструкция. По сравнению с другими типами электродвигателей асинхронный двигатель имеет наиболее простую конструкцию. С одной стороны это объясняется использованием стандартной трехфазной системы электроснабжения, с другой – принципом действия агрегата. Данная особенность обуславливает еще одно важное преимущество — невысокую цену асинхронных приводов. Среди двигателей разных типов одинаковой мощности асинхронный будет самым дешевым.

Подключение. Благодаря тому, что в стандартной трехфазной системе питания фазы сдвинуты на 120°, для формирования вращающегося поля не нужны дополнительные элементы и преобразования. Вращение поля внутри статора и, как следствие, вращение ротора обусловлены самой конструкцией асинхронного двигателя. Достаточно обеспечить подачу напряжения через коммутационный аппарат (контактор или пускатель), и двигатель будет работать.

Эксплуатация. Затраты на эксплуатацию асинхронного электродвигателя крайне малы, а обслуживание не представляет никаких сложностей. Нужно лишь время от время проводить чистку от пыли и по необходимости протягивать контакты подключения. При правильной установке и эксплуатации двигателя замена подшипников производится раз в 15-20 лет.

Недостатки асинхронных двигателей

Скорость вращения ротора. Скорость вращения вала двигателя зависит от частоты питающей сети (стандартные значения в промышленности – 50 и 60 Гц) и от количества полюсов обмоток статора.

Это можно считать недостатком в том случае, когда необходимо в процессе работы менять скорость вращения. Для решения данной проблемы были разработаны многоскоростные асинхронные двигатели, у которых имеется возможность переключения обмоток.

Кроме того, в современном оборудовании управление скоростью реализуется за счет преобразователей частоты.

Скольжение. Эффект скольжения проявляется в том, что частота вращения ротора всегда будет меньше частоты вращения поля внутри статора. Это заложено в принцип работы асинхронного двигателя и отражено в его названии. Скольжение также зависит от механической нагрузки на валу.

При необходимости скольжение можно скомпенсировать, а скорость вращения сделать независимой от нагрузки при помощи преобразователя частоты.

Величина напряжения питания. В сырых и влажных помещениях, где действуют повышенные требования к электробезопасности, применение асинхронного электродвигателя может быть невозможным. Дело в том, что из-за конструктивных особенностей такие двигатели практически не производятся на напряжение питания менее 220 В. В таких случаях применяют приводы постоянного тока, рассчитанные на напряжение 48 В и менее, либо используют гидравлические или пневматические приводы.

Чувствительность к напряжению питания. При отклонении напряжения питания более чем на 5% параметры двигателя могут отличаться от номинальных, а сам агрегат может перегреваться. Кроме того, при понижении напряжения падает момент электродвигателя, который квадратически зависит от напряжения.

При использовании преобразователя частоты скорость вращения меняется путем изменения величины и частоты питающего напряжения. Принципиально, что отношение напряжения к частоте должно быть константой.

Пусковой ток. Большой пусковой ток – проблема асинхронных двигателей мощностью более 10 кВт. При пуске ток может превышать номинальный в 5-8 раз и длиться несколько секунд. Из-за этого негативного эффекта мощные двигатели нежелательно подключать напрямую.

Чаще всего для понижения пускового тока применяют схему «Звезда-Треугольник», устройства плавного пуска и преобразователи частоты. Также можно использовать асинхронные двигатели с фазным ротором.

Пусковой момент. В силу электрических и механических переходных процессов в момент пуска двигатель обладает крайне низким КПД и большой реактивностью. Из-за низкого пускового момента привод может не справиться с началом вращения тяжелых механизмов. Этот же недостаток приводит к нагреву двигателя при пуске. Отсюда возникает другая проблема – ограничение количества пусков в единицу времени.

При использовании частотного преобразователя момент при пуске и на низких частотах может быть увеличен за счет повышения напряжения.

Вывод

Плюсы асинхронных двигателей значительно перевешивают минусы. В большинстве случаев недостатки компенсируются путем применения преобразователей частоты и других устройств пуска.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector