Механичната характеристика на асинхронния двигател се нарича зависимост. Механична характеристика на асинхронен двигател. Механични характеристики на асинхронните двигатели

Удобно е да се анализира работата на асинхронен електродвигател въз основа на неговите механични характеристики, които представляват графично изразена зависимост на формата П = е(М). В тези случаи скоростните характеристики се използват много рядко, тъй като за асинхронен електродвигател скоростната характеристика е зависимостта на скоростта от тока на ротора, при определянето на която има редица трудности, особено в случай на асинхронни електродвигатели с ротор с катерична клетка.

За асинхронните електродвигатели, както и за електродвигателите с постоянен ток, се разграничават естествени и изкуствени механични характеристики. Асинхронният електродвигател работи на естествена механична характеристика, ако статорната му намотка е свързана към трифазна токова мрежа, чието напрежение и честота съответстват на номиналните стойности, и ако във веригата на ротора не са включени допълнителни съпротивления.

На фиг. На 42 е дадена зависимост М = е(с), което ви позволява лесно да преминете към механичната характеристика н = е(М ), тъй като според израза (82) скоростта на въртене на ротора зависи от количеството приплъзване.

Заместване на формула (81) в израз (91) и решаване на полученото уравнение за П 2 получаваме следното уравнение за механичните характеристики на асинхронен двигател

Член r 1 спропуснат поради своята малка. Механичните характеристики, съответстващи на това уравнение, са показани на фиг. 44.

Уравнението (95) е неудобно за практически конструкции, поради което на практика обикновено се използват опростени уравнения. Така че, в случай на електродвигател, работещ на естествена характеристика с въртящ момент, който не надвишава 1,5 от номиналната му стойност, приплъзването обикновено не надвишава 0,1. Следователно в този случай в уравнение (95) можем да пренебрегнем члена х 2 с 2 /кр’ 2 · М , което води до следното опростено уравнение на естествената характеристика:

което е уравнението на права линия, наклонена към оста x.

Въпреки че уравнението (97) е приблизително, опитът показва, че за промените на въртящия момент варират от М= 0 до М=1,5М н характеристиките на асинхронните електродвигатели са наистина прости и уравнението (97) дава резултати, които са в добро съответствие с експерименталните данни.

Когато във веригата на ротора се въвеждат допълнителни съпротивления, характеристиката П = е(М) с достатъчна точност за практически цели може също да се счита за праволинеен в определените граници за въртящия момент и да бъде конструиран съгласно уравнение (97).

По този начин механичните характеристики на асинхронния двигател варират от М= 0 до М = 1,5 М н при различни съпротивления на роторната верига те представляват семейство прави линии, пресичащи се в една точка, съответстваща на синхронния брой обороти (фиг. 45). Както показва уравнение (97), наклонът на всяка характеристика спрямо оста на абсцисата се определя от стойността на активното съпротивление на роторната верига r’ 2 . Очевидно, колкото по-голямо е съпротивлението, въведено във всяка фаза на ротора, толкова повече характеристиката е наклонена към оста на абсцисата.

Както бе споменато, обикновено на практика скоростните характеристики на асинхронните двигатели не се използват. Изчисляването на пусковите и регулиращите съпротивления се извършва с помощта на уравнение (97). Изграждането на естествена характеристика може да се извърши по две точки - по синхронна скорост н­ 1 = 60е /Рпри нулев въртящ момент и при номинална скорост при номинален въртящ момент.

Трябва да се има предвид, че за асинхронни електродвигатели зависимостта на въртящия момент от тока на ротора аз 2 е по-сложна от зависимостта на въртящия момент от тока на котвата за

DC електрически двигатели. Следователно скоростната характеристика на асинхронния двигател не е идентична с механичната характеристика. Характеристика П = е(аз 2 ) има формата, показана на фиг. 46. ​​Има и характеристика н = е (аз 1 ).

Асинхронните двигатели (IM) са най-разпространеният тип двигатели, т.к те са по-прости и по-надеждни в експлоатация, с еднаква мощност имат по-малко тегло, размери и цена в сравнение с DPT. Схемите за включване на кръвното налягане са показани на фиг. 2.14.

Доскоро IM с ротор с катерична клетка се използваше в нерегулирани електрически задвижвания. Въпреки това, с появата на тиристорни честотни преобразуватели (TFC) на напрежението, захранващо статорните намотки на IM, двигателите с ротор с катедра клетка започнаха да се използват в контролирани електрически задвижвания. Понастоящем в честотните преобразуватели се използват силови транзистори и програмируеми контролери. Методът за управление на скоростта се нарича импулсен и неговото усъвършенстване е най-важното направление в развитието на електрическото задвижване.

Ориз. 2.14. а) IM превключваща верига с ротор с катерична клетка;

б) IM комутационна верига с фазов ротор.

Уравнението за механичната характеристика на IM може да се получи на базата на еквивалентната схема на IM. Ако пренебрегнем активното съпротивление на статора в тази верига, тогава изразът за механичната характеристика ще изглежда така:

,

Тук М до -критичен момент; S към- съответстващото му критично приплъзване; U f- ефективна стойност на фазовото напрежение на мрежата; ω 0 =2πf/pе ъгловата скорост на въртящото се магнитно поле на IM (синхронна скорост); е– честота на захранващото напрежение; стр- броят на двойките полюси на кръвното налягане; x k- индуктивно фазово съпротивление на късо съединение (определя се от еквивалентната схема); S \u003d (ω 0 -ω) / ω 0- приплъзване (скорост на ротора спрямо скоростта на въртящото се поле); R21е общото активно съпротивление на фазата на ротора.

Механичната характеристика на IM с ротор с катерична клетка е показана на фиг. 2.15.

Ориз. 2.15. Механични характеристики на IM с ротор с катерична клетка.

На него могат да се разграничат три характерни точки. Координати на първата точка ( S=0; ω=ω 0 ; М=0). Той съответства на идеалния режим на празен ход, когато скоростта на ротора е равна на скоростта на въртящото се магнитно поле. Координати на втората точка ( S=S до; M=M до). Двигателят работи с максимален въртящ момент. В M c > M kроторът на двигателя ще бъде спрян принудително, което е режим на късо съединение за двигателя. Следователно въртящият момент на двигателя в този момент се нарича критичен. М към. Координати на третата точка ( S=1; ω=0; М=М стр). В този момент двигателят работи в режим на стартиране: скоростта на ротора ω=0 и пусковият въртящ момент действат върху неподвижния ротор М стр. Секцията на механичната характеристика, разположена между първата и втората характеристични точки, се нарича работна секция. На него двигателят работи в стабилно състояние. За IM с ротор с катерична клетка при условията U=U nи f=f nмеханичната характеристика се нарича естествена. В този случай на работния участък на характеристиката има точка, съответстваща на номиналния режим на работа на двигателя и имаща координати ( S n; ω n; M n).

Електромеханични характеристики на кръвното налягане ω=f(I f), който на фиг. 2.15 е показан с пунктирана линия, за разлика от електромеханичната характеристика на DPT, съвпада с механичната характеристика само в неговата работна зона. Това се дължи на факта, че по време на стартиране, поради променящата се честота на emf. в намотката на ротора E 2честотата на тока и съотношението на индуктивното и активното съпротивление на намотката се променят: в началото на пускането честотата на тока е голяма и индуктивното съпротивление е по-голямо от активното; с увеличаване на скоростта на ротора ω честотата на тока на ротора, а оттам и индуктивното съпротивление на неговата намотка, намалява. Следователно, пусковият ток на IM в режим на директен старт е 5÷7 пъти по-висок от номиналната стойност I fn, и началния въртящ момент М стрравно на номиналното M n. За разлика от DCT, където при стартиране е необходимо да се ограничи пусковият ток и пусковият момент, при стартиране на IM пусковият ток трябва да бъде ограничен, а пусковият момент да се увеличи. Последното обстоятелство е най-важното, тъй като DPT с независимо възбуждане започва от Г-ца<2,5М н , DCT с последователно възбуждане при Г-ца<5М н , и кръвното налягане при работа върху естествена характеристика при Г-ца<М н .

За IM с ротор с катерична клетка, увеличението М стросигурено от специална конструкция на намотката на ротора. Жлебът за намотката на ротора е направен дълбок, а самата намотка е поставена на два слоя. При стартиране на двигателя честотата E 2а токовете на ротора са големи, което води до появата на ефекта на изместване на тока - токът протича само в горния слой на намотката. Следователно съпротивлението на намотката и началният въртящ момент на двигателя се увеличават. М П. Стойността му може да достигне 1.5M n.

За IM с фазов ротор, увеличение М Посигурява се чрез промяна на механичните му характеристики. Ако съпротива Р П, включена в токовата верига на ротора, е равна на нула - двигателят работи на естествена характеристика и M P \u003d M N. В R P >0общото активно съпротивление на фазата на ротора се увеличава R21. Критично приплъзване S къмкато увеличавате R21също се увеличава. В резултат на това за IM с фазов ротор, въвеждането Р Пвъв веригата на текущия поток на ротора води до изместване М Кв посока на големи приплъзвания. В S K = 1 M P = M K.Механични характеристики на IM с фазов ротор при R P >0наречен изкуствен или реостат. Те са показани на фиг. 2.16.

Най-често срещаните електрически двигатели в промишлеността, селското стопанство и всички други приложения са асинхронните двигатели. Може да се каже, че асинхронните двигатели с катерица са основното средство за преобразуване на електрическата енергия в механична. Принципът на действие на асинхронен двигател е разгледан в § 1.2 и 6.1.

Електромагнитното поле на статора се върти във въздушната междина на машината със скорост co = 2 nf( /р стр. При стандартна честота от 50 Hz, номиналната скорост на ротора зависи от броя на двойките полюси р стр(Таблица 6.1).

Таблица 6.1

Зависимостта на скоростта на въртене на асинхронните двигатели от броя на двойките

стълбове

В зависимост от конструкцията на ротора на асинхронния двигател, асинхронните двигатели се разграничават с фазаи ротор с катерица.При двигатели с фазов ротор върху ротора е разположена трифазна разпределена намотка, обикновено свързана в звезда, краищата на намотките са свързани към плъзгащи пръстени, чрез които електрическите вериги на ротора се отстраняват от машината за свързване към пускови съпротивления, последвано от късо съединение на намотките. При двигателите с катерична клетка намотката е направена във формата клетка за катерица -пръти късо съединени от двете страни с пръстени. Въпреки специфичния дизайн, клетката за катерици може да се разглежда и като трифазна намотка с късо съединение.

Електромагнитен момент Мв асинхронен двигател се създава поради взаимодействието на въртящото се магнитно поле на статора Ф с активния компонент на тока на ротора:

където да се -конструктивна константа.

Токът на ротора възниква поради ЕМП E 2,което се индуцира в намотките на ротора от въртящо се магнитно поле. Когато роторът е неподвижен, асинхронният двигател е трифазен трансформатор с намотки, късо съединени или натоварени с пусково съпротивление. ЕМП, която възниква, когато роторът е неподвижен в своите намотки, се нарича номинална фаза EMFротор E 2n.Тази ЕДС е приблизително равна на фазовото напрежение на статора, разделено на коефициента на трансформация до t:

Когато двигателят се върти, ЕМП на ротора E 2и честотата на това ЕМП (а оттам и честотата на тока в намотките на ротора) ^ зависят от честотата на въртящото се поле, пресичащо проводниците на намотката на ротора (в двигател с катерична клетка - пръти). Тази честота се определя от разликата в скоростите на полето на статора w и ротора w, което се нарича абсолютно приплъзване:

Когато се анализират режимите на работа на асинхронен двигател с постоянна честота на захранващото напрежение (50 Hz), обикновено се използва относителната стойност на приплъзване

Когато роторът на двигателя е неподвижен, s= 1. Най-високата EMF на ротора при работа в двигателен режим ще бъде при неподвижен ротор ( Е 2n), с увеличаване на скоростта (приплъзването намалява), ЕМП E 2ще намалее:

По същия начин, честотата на ЕМП и тока на ротора / 2 при неподвижен ротор ще бъде равна на честотата на тока на статора / и с увеличаване на скоростта тя ще намалее пропорционално на приплъзването:

В номиналния режим скоростта на ротора се различава леко от скоростта на полето, а номиналното приплъзване за двигатели с общо предназначение с мощност 1,5 ... 200,0 kW е само 2 ... 3%, а за двигатели с по-висока мощност, около 1%. Съответно, в номиналния режим, EMF на ротора е 1 ... 3% от номиналната стойност на този EMF при 5 \u003d 1. Честотата на тока на ротора в номиналния режим ще бъде само 0,5 ... 1,5 Hz. При 5 = 0, когато скоростта на ротора е равна на скоростта на полето, EMF на ротора E 2и ток на ротора / 2 ще бъде нула, въртящият момент на двигателя също ще бъде нула. Този режим е идеален режим на празен ход.

Зависимостта на честотата на ЕМП и тока на ротора от приплъзването определя уникалността на механичните характеристики на асинхронния двигател.

Работата на асинхронен двигател с фазов ротор, чиито намотки са на късо съединение.Както е показано в (6.16), въртящият момент на двигателя е пропорционален на потока Ф и активната съставка на тока на ротора / 2 "a, намален до статора. Потокът, създаден от намотките, зависи от стойността и честотата на захранващото напрежение

Токът на ротора е

където Z 2 е импедансът на фазата на намотката на ротора.

Трябва да се има предвид, че индуктивното съпротивление на намотката на ротора x 2 е променлива стойност, която зависи от честотата на тока на ротора и следователно от приплъзването: x 2 = 2p 2 2 = 2k t 2.

Със стационарен ротор при s= 1 индуктивно съпротивление на намотката на ротора е максимално. С увеличаване на скоростта (приплъзването намалява), индуктивното реактивно съпротивление на ротора х 2намалява и при достигане на номиналната скорост е само 1 ... 3% от съпротивлението при 5 \u003d 1. Обозначавайки x 2s \u003d l = x 2n,получаваме

Нека приведем параметрите на роторната верига към намотката на статора, като вземем предвид коефициента на трансформация и на базата на запазване

равенство на силата:

И активният компонент на тока на ротора има формата:

Разделяне на числителя и знаменателя на формула (6.26) на с,получаваме

Извършена математическа операция - разделяне на числителя и знаменателя на с, разбира се, не променя валидността на равенството (6.29), а е от формален характер, което трябва да се има предвид при разглеждането на тази връзка. Всъщност, както следва от оригиналната формула (6.26), плъзгането зависи от индуктивното съпротивление на ротора х 2,и активно съпротивление g 2остава постоянен. Използването на израз (6.29) позволява по аналогия с трансформатора да се изготви еквивалентна схема за асинхронен двигател, която е показана на фиг. 6.4 ,а.

Ориз. 6.4.Еквивалентни схеми на асинхронен двигател: а - пълна верига; b - схема с дистанционна верига за намагнитване

За анализа на нерегулирано електрическо задвижване тази схема може да бъде опростена чрез прехвърляне на веригата за намагнитване към клемите на двигателя. Опростена U-образна еквивалентна схема е показана на фиг. 6.4D въз основа на което токът на ротора ще бъде равен на:

където x k \u003d x + x "2i- индуктивно съпротивление на късо съединение. Активният компонент на тока на ротора, като се вземе предвид (6.28), ще бъде:

Замествайки (6.22) и (6.31) в (6.16), получаваме израз за момента на асинхронен двигател

Естествената механична характеристика на асинхронен двигател oz = f(M)с фазов ротор, чиито намотки са на късо съединение, е показано на фиг. 6.5. Той също така показва електромеханичната характеристика на двигателя u = /(/j), определена от векторната диаграма на асинхронния двигател на фиг. 6.6, I x = I + / 2 ".

Ориз. В 5.Естествени механични и електромеханични характеристики на асинхронен двигател

Ориз. В.В.Опростена векторна диаграма на асинхронен двигател

Ако приемем, че токът на намагнитване е реактивен, получаваме къде

Приравняване на производната dM/ds= , намерете максималната стойност на момента на асинхронния двигател M k \u003d M nи съответната стойност на критичното приплъзване сК:

където с К- критично приплъзване; знакът "+" означава, че тази стойност се отнася за режима на двигателя, знакът "-" - за генераторния режим на регенеративно спиране.

Като се вземат предвид (6.34) и (6.35), формулата за механична характеристика (6.32) може да се трансформира в по-удобен за използване израз - Формула на Клос:

За двигатели с мощност над 15 kW съпротивлението на намотката на статора r е малко и при честота от 50 Hz е много по-малко x k.Следователно в горните изрази стойността на r може да бъде пренебрегната:

Според получените формули е възможно да се изчисли механичната характеристика на асинхронен двигател, като се използват неговите паспортни данни, като се знае номиналният въртящ момент M n,номинално приплъзване s h и капацитет на претоварване на двигателя х.

Забележете, че при анализиране на електромагнитни процеси в асинхронен двигател за стационарно състояние стигнахме до същите съотношения (6.9) и (6.10), които бяха получени в § 6.1 на базата на диференциални уравнения на обобщена двуфазна машина.

Анализ на характеристиките на механичните характеристики на асинхронен двигател (виж фиг. 6.5). Той е нелинеен и се състои от две части. Първата - работната част - в диапазона на плъзгане от 0 до с К.Тази част от характеристиката е близка до линейната и има отрицателна твърдост. Тук моментът, развиван от двигателя, е приблизително пропорционален на тока на статора 1 Xи ротор / 2 . Тъй като на тази част от характеристиката s тогава вторият член на знаменателя във формула (6.39) е много по-малък от първия и може да се пренебрегне. Тогава работната част на механичната характеристика може да бъде приблизително представена в линейна форма, където моментът е пропорционален на приплъзването:

Втората част от механичната характеристика на асинхронен двигател с големи приплъзвания s K (s>s K)криволинейна, с положителна стойност на коравина (3. Въпреки факта, че токът на двигателя се увеличава с увеличаване на приплъзването, моментът, напротив, намалява. Ако намотките на ротора на асинхронен двигател с фазов ротор във външната верига са къси -сключен, тогава стартовият ток на такъв двигател (с \u003d 0 и 5 = 1) ще бъде много голям и ще надвиши номиналния с 10-12 пъти. В същото време началният въртящ момент ще бъде около 0,4 ... 5 ... 6) / n, и началният въртящ момент (1.1 ... 1.3) A / n.

За да обясните това несъответствие между пусковия ток и въртящия момент, разгледайте векторните диаграми на роторната верига (фиг. 6.7) за два случая: когато приплъзването е голямо (началната част на характеристиката); когато приплъзването е малко (работна част на характеристиката). При стартиране, когато 5=1, честотата на тока на ротора е равна на честотата на мрежата (f 2 = 50 Hz). Индуктивно съпротивление на намотката на ротора [вж. (6.24)] е голям и значително надвишава активното съпротивление на ротора / * 2, токът изостава от ЕМП на ротора с голям ъгъл φ, т.е. токът на ротора е основно реактивен. Тъй като EMF на ротора в този случай ще бъде голям 2 = 2n, тогава началният ток също ще бъде много голям, но поради малката стойност на cp 2, активният компонент на тока на ротора 1 2аще бъде малък, следователно моментът, разработен от двигателя, също ще бъде малък.

Когато двигателят се ускорява, приплъзването намалява, ЕМП на ротора, честотата на тока на ротора, индуктивното съпротивление на ротора намаляват пропорционално. Съответно стойността на общия ток на ротора и статора намалява, но поради увеличаването на f 2, активният компонент на тока на ротора се увеличава и въртящият момент на двигателя се увеличава.

Когато приплъзването на двигателя стане по-малко sK ,честотата на тока на ротора ще намалее толкова много, че индуктивното реактивно съпротивление вече ще бъде по-малко от активното, а токът на ротора ще бъде практически активен (фиг. 6.7,6), въртящият момент на двигателя ще бъде пропорционален на тока на ротора. Така че, ако номиналното приплъзване на двигателя е 5 n = 2%, тогава, в сравнение с началните параметри, честотата на тока на ротора ще намалее 50 пъти и съответно индуктивното съпротивление на ротора ще намалее. Следователно, въпреки факта, че EMF на ротора също ще намалее с коефициент 50, ще бъде достатъчно да се създаде номиналният ток на ротора, който осигурява номиналния въртящ момент на двигателя. По този начин оригиналността на механичните характеристики на асинхронния двигател се определя от зависимостта на индуктивното съпротивление на ротора от приплъзване.

Ориз. В 7. Векторна диаграма на роторната верига на асинхронен двигател: a - с голямо приплъзване: b - с и малко приплъзване

Въз основа на гореизложеното, за да стартирате асинхронен двигател с фазов ротор, трябва да се вземат мерки за увеличаване на пусковия момент и намаляване на пусковите токове. За тази цел във веригата на ротора е включено допълнително активно съпротивление. Както следва от формули (6.34), (6.35), въвеждането на допълнително активно съпротивление не променя максималния въртящ момент на двигателя, а само променя стойността

критичен пропуск: , къде /?" ext - намалено до

допълнително съпротивление на статора във веригата на ротора.

Въвеждането на допълнително активно съпротивление увеличава импеданса на роторната верига, в резултат на което пусковият ток намалява и cp на роторната верига се увеличава, което води до увеличаване на активния компонент на тока на ротора и следователно пусковото въртящ момент на двигателя.

Обикновено в роторната верига на двигател с фазов ротор се въвежда секционно съпротивление, чиито стъпала се свързват с пускови контактори. Изчисляването на реостатичните изходни характеристики може да се направи по формулата (6.39), като се използва стойността sK ,съответстващ R2 b за всяка стъпка на пусковото съпротивление. Схемата за включване на допълнителни съпротивления и съответните реостатни механични характеристики на двигателя са показани на фиг. 6.8. Механичните характеристики имат обща идеална точка на празен ход, равна на скоростта на въртене на електромагнитното поле на статора co, а твърдостта на работната част на характеристиките намалява с увеличаване на общото активно съпротивление на роторната верига (2 + /? ext).

При стартиране на двигателя общото допълнително съпротивление /? 1вн. При достигане на скоростта, при която въртящият момент на двигателя L / става близък до момента на съпротивление Г-ца,част от пусковото съпротивление се шунтира от контактора K1, а двигателят превключва на характеристиката, съответстваща на стойността на допълнителното съпротивление /? 2вн. В този случай въртящият момент на двигателя се увеличава до стойността M 2 .При по-нататъшно ускоряване на двигателя контакторът K2 изключва втория етап на пусковото съпротивление. След затваряне на контактите на контактора за късо съединение, двигателят преминава към естествена характеристика и ще работи със скорост, съответстваща на точка 1.

За да изчислите началните характеристики, трябва да зададете стойността на въртящия момент М (при които се превключват етапите на пусковите резистори М х = 1,2Г-ца.Начални стойности на въртящия момент М 2(фиг. 6.8) се намират по формулата, \u003d A /, където т -брой стъпки.

За да изчислим етапите на пусковото съпротивление, намираме номиналното съпротивление на ротора R 2h \u003d 2n.lin /\u003e / 3 2n

Стъпкови съпротивления:

При асинхронните двигатели с катерична клетка е невъзможно въвеждането на допълнително съпротивление във веригата на ротора. Същият резултат обаче може да се получи чрез използване ефектът от изместването на тока върху повърхността на проводника.Същността на това явление е следната. Според закона за електромагнитната индукция, когато променлив ток протича през проводник, в него се индуцира ЕМП на самоиндукция, насочена срещу тока:

Стойността на този EMF зависи от тока аз ,неговата честота и индуктивност, определени от характеристиките на средата около проводника. Ако проводникът е във въздуха, тогава магнитната проницаемост на средата е много малка, следователно, индуктивността е малка Л.В този случай, при честота от 50 Hz co = / s, влиянието на ЕМП на самоиндукция е незначително. Друго нещо е, когато проводникът е поставен в тялото на магнитната верига. Тогава индуктивността се увеличава многократно и ЕМП на самоиндукция, насочена срещу тока, играе ролята на индуктивно съпротивление, което предотвратява протичането на тока.

Ориз. В 9. Конструкцията на ротора на асинхронен двигател с катерица: а- с дълбок жлеб; б - с двойна клетка; в- диаграма, обясняваща ефекта от текущото изместване

Помислете за проявата на действието на ЕМП на самоиндукция за случай на проводник (прът за намотка на ротора), поставен в дълбок жлеб на магнитната верига на ротора на двигателя (фиг. 6.9 ,а).Условно разделяме секцията на пръта на три части, които са свързани паралелно. Токът, протичащ през долната част на пръта, образува поток Ф, чиито магнитни силови линии са затворени по протежение на магнитната верига. В тази част на проводника възниква голямо ЕДС на самоиндукция eLVпротивоположно течение 1 2г

Ток / 23 (фиг. 6.9, в),протичащ по горната част на пръта на намотката на ротора, образува поток Ф 3, но тъй като силовите линии на този поток са затворени във въздуха за значителна част от дължината си, потокът Ф 3 ще бъде много по-малък от потока Ф. Оттук и ЕМП д 1бще бъде многократно по-малко от eLV

Посоченото разпределение на ЕМП на самоиндукция по височината на пръта е типично за режима, когато честотата на тока на ротора е висока - близо до 50 Hz. В този случай, тъй като и трите части на ротора са свързани паралелно (виж фиг. 6.9, в),тогава токът на ротора / 2 ще върви по горната част на пръта, където има по-малко обратно EMF e L .Това явление се нарича изместване на тока към повърхността на жлеба.В този случай ефективното напречно сечение на пръта, през което протича токът, ще бъде няколко пъти по-малко от общото напречно сечение на пръта на намотката на ротора. По този начин активното съпротивление на ротора се увеличава g 2 .Имайте предвид, че тъй като ЕМП на самоиндукция зависи от честотата на тока (т.е. при приплъзване), тогава съпротивлението g 2и х 2са функции на приплъзване.

При стартиране, когато приплъзването е голямо, съпротивлението r 2 се увеличава (допълнително съпротивление се въвежда във веригата на ротора, като че ли). С ускоряването на двигателя плъзгането на двигателя намалява, ефектът от изместването на тока отслабва, токът започва да се разпространява надолу по напречното сечение на проводника, съпротивлението g 2намалява. Когато се достигне работната скорост, честотата на тока на ротора е толкова малка, че феноменът на изместване на тока вече не се отразява, токът протича през цялото напречно сечение на проводника и съпротивлението g 2минимум. Поради тази автоматична промяна в съпротивлението g 2,пускането на асинхронни двигатели с катерица протича благоприятно: пусковият ток е

5.0 ... 6.0 номинален, а началният въртящ момент е 1.1 ... 1.3 номинален.

Възможно е да се променят параметрите на пусковите характеристики на асинхронен двигател по време на проектирането чрез промяна на формата на жлеба, както и съпротивлението на материала на прътите (състав на сплав). Наред с дълбоките канали се използват двойни канали, образуващи двойна клетка за катерици (фиг. 6.9,6), а също така използвайте крушовидни жлебове и др.

На фиг. 6.10 са показани типичните механични характеристики на различни модификации на асинхронни двигатели с катерична клетка.

Ориз. В 10 ЧАСА. Приблизителни механични характеристики на асинхронни двигатели с катерична клетка: а - нормална версия; 6 - с повишено приплъзване; в- с увеличен стартов въртящ момент; g- кран и металургична серия

Нормални двигатели с катерицаизползва се за задвижване на широк клас работни машини и механизми, предимно за задвижвания, работещи в непрекъснат режим. Този дизайн се характеризира с висока ефективност и минимално номинално приплъзване. Механичната характеристика в областта на големи приплъзвания обикновено има малък спад, характеризиращ се с минимален въртящ момент M t (стр.

Мотори с високо приплъзванеимат по-мека механична характеристика и се използват в следните случаи: когато два или повече двигателя работят на общ вал, за механизми (например манивела) с циклично променящ се товар, когато е препоръчително да се използва кинетичната енергия, съхранявана в движещи се части на електрическото задвижване за преодоляване на съпротивлението на движение, както и за механизми, работещи в периодичен режим.

Двигатели с повишен стартов въртящ моментПредназначен за машини с трудни условия за стартиране, като например скреперни транспортьори.

Двигатели за кранова и металургична серияпредназначени за механизми, работещи в периодичен режим с чести стартирания. Тези двигатели имат голям капацитет на претоварване, висок стартов въртящ момент, повишена механична якост, но по-лоши енергийни характеристики.

Аналитичното изчисляване на механичните характеристики на асинхронните двигатели с катедра клетка е доста сложно, следователно характеристиката може да се изгради приблизително с помощта на четири точки: на празен ход (5 = 0), при максимум M k,стартер М стри минимум M t[nмомент в началото на старта. Данните за тези характерни точки са дадени в каталози и справочници за асинхронни двигатели. Изчисляването на работната част на механичната характеристика на асинхронен двигател с късо съединение (с приплъзвания от 0 до 5 k) може да се извърши по формулата на Клос (6.36), (6.39), тъй като ефектът от изместването на тока в работния режим почти не се проявява.

Пълна механична характеристика на асинхронен двигател във всички квадранти на полето Г-ца,показано на фиг. 6.11.

Асинхронният двигател може да работи в три режима на спиране: регенеративно и динамично спиране и спиране с обратен ток. Специфичен режим на спиране също е спиране с кондензатор.

Регенеративно регенеративно спираневъзможно, когато скоростта на ротора е по-висока от скоростта на въртене на електромагнитното поле на статора, което съответства на отрицателна стойност на приплъзване: oo>co 0 5

някои по-голяма стойностмаксималният въртящ момент в режим на генератор се обяснява с факта, че загубите в статора (при съпротивлението G ()в режим на мотор въртящият момент на вала се намалява, а в режим на генератор въртящият момент на вала трябва да е по-голям, за да покрие загубите в статора.

Имайте предвид, че в режим на регенеративно спиране асинхронният двигател генерира и доставя активна мощност към мрежата и за да създаде електромагнитно поле, асинхронният двигател трябва също да обменя реактивна мощност с мрежата в режим на генератор. Следователно асинхронната машина не може да работи като автономен генератор, когато е изключена от мрежата. Възможно е обаче да се свърже асинхронна машина към кондензаторни банки като източник на реактивна мощност.

Метод на динамично спиране: намотките на статора са изключени от AC мрежата и са свързани към източник на постоянно напрежение (фиг. 6.12). Когато намотките на статора се захранват от постоянен ток, се създава електромагнитно поле, което е неподвижно в пространството, т.е. скорост на въртене на статорното поле с dt = . Приплъзването ще бъде равно на 5 DT = -co/co n, където co n е номиналната ъглова скорост на въртене на полето на статора.

Ориз. 6 .12 а- включване на динамично спиране; b - при свързване на намотките в звезда; в- при свързване на намотките в триъгълник

Видът на механичните характеристики (фиг. 6.13) е подобен на характеристиките в режим на рекуперативно спиране. Началната точка на характеристиките е началото на координатите. Можете да регулирате интензивността на динамичното спиране, като промените тока на възбуждане / dt в намотките на статора. Колкото по-голям е токът, толкова по-голям спирачен момент развива двигателят. В този случай обаче трябва да се има предвид, че при токове / dm > / 1n започва да влияе насищането на магнитната верига на двигателя.

При асинхронни двигатели с фазов ротор спирачният момент може да се контролира и чрез въвеждане на допълнително съпротивление във веригата на ротора. Ефектът от въвеждането на допълнително съпротивление е подобен на този, който възниква при стартиране на асинхронен двигател: поради подобряването на f, критичното приплъзване на двигателя се увеличава и спирачният момент се увеличава, когато високи скоростизавъртане.

В режим на динамично спиране намотките на статора се захранват от източник на постоянен ток. Трябва също да се има предвид, че в динамичната спирачна верига токът / d t протича (когато намотките са свързани към звезда) не през три, а през две фазови намотки.

За изчисляване на характеристиките е необходимо да се замени реалния /еквивалентен ток/, който, преминавайки през трифазни намотки,

създава същата сила на намагнитване като тока азЗа схемата на фиг. 6.12 ,6 1 =0,816/ , а за веригата на фиг. 6.12 , в И =0,472/ .

Опростена формула за приблизително изчисляване на механичните характеристики (без отчитане на насищането на двигателя) е подобна на формулата на Клос за режима на двигателя:

където - критичен момент в режим на динамично спиране;

Трябва да се подчертае, че критичното приплъзване в режим на динамично спиране е значително по-малко от критичното приплъзване в двигателен режим, тъй като . Напрежението на DC захранването ще бъде значително по-малко от номиналното напрежение и приблизително равно на dt = (2, ... 4) / екв.

Енергийно, в режим на динамично спиране, асинхронният двигател работи като синхронен генератор, натоварен от съпротивлението на роторната верига на двигателя. всичко механична мощност, който влиза в вала на двигателя при спиране, се преобразува в електрическа енергия и се използва за нагряване на съпротивлението на роторната верига. Обратно спиранеможе да бъде в два случая:

• когато по време на работа на двигателя е необходимо спешно да се спре и за това се променя редът на фазовото редуване на захранването на статорните намотки на двигателя;
• когато електромеханичната система се движи в отрицателна посока под действието на натоварването на спускане и двигателят се включва в посока на изкачване, за да ограничи скоростта на спускане (режим на изтегляне на натоварване).

И в двата случая електромагнитното поле на статора и ротора на двигателя се въртят навътре различни страни. Приплъзване на двигателя в про-

анти-включване винаги е по-голямо от едно:

В първия случай (фиг. 6.14) двигателят, работещ в точка 1, след промяна на реда на фазовата последователност на двигателя, преминава в спирачен режим в точка G и скоростта на задвижване бързо намалява под действието на спирачния момент М Ти статичен Г-ца.При забавяне до скорост, близка до нула, двигателят трябва да бъде изключен, в противен случай той ще се ускори в обратна посока на въртене.

Ориз. 6.14.

Във втория случай, след отпускане на механичната спирачка, двигателят, включен в посока нагоре, под действието на гравитацията на спуснатия товар, ще се върти в обратна посока със скорост, съответстваща на точка 2. Работа в брояча -Включен режим под действие на теглещ товар е възможен при използване на двигатели с фазов ротор. В този случай във веригата на ротора се въвежда значително допълнително съпротивление, което съответства на характеристика 2 на фиг. 6.14.

Енергично режимът на опозицията е изключително неблагоприятен. Токът в този режим за асинхронни двигатели с катерична клетка надвишава стартовия ток, достигайки 10-кратна стойност. Загубите във веригата на ротора на двигателя са сумата от загубите от късо съединение на двигателя и мощността, която се предава на вала на двигателя по време на спиране: A P n = L/T ко 0 + M t (около.

За двигатели с катерична клетка режимът против превключване е възможен само за няколко секунди. При използване на двигатели с фазов ротор в режим на опозиция е задължително да се включи допълнително съпротивление във веригата на ротора. В този случай загубите на енергия остават същите значителни, но се пренасят от обема на двигателя в съпротивления на ротора.

AC задвижване

Класификация на AC задвижвания

Базиран на синхронни двигатели.

а) LED с електромагнитно възбуждане,

б) LED с възбуждане от постоянни магнити.

Синхронните машини могат да работят в три режима: генератор, двигател и синхронен компенсатор.

Най-често срещаният режим на работа на синхронните машини е генераторният режим. Топлоелектрическите централи са оборудвани с турбогенератори с мощност 1200 MW при 3000 об/мин и 1600 MW при 1500 об/мин. За разлика от високоскоростните турбогенератори, хидрогенераторите са нискоскоростни машини, като правило, с вертикална ос на въртене. За повишаване на динамичната стабилност на енергийните системи и подобряване на качеството на електроенергията се използват синхронни компенсатори, направени на базата на явни и неизразени полюсни синхронни машини.

В двигателен режим синхронните машини се използват като задвижващи двигатели за мощни помпи, вентилатори и вентилатори. Максималната мощност на синхронните двигатели достига няколкостотин мегавата. Също така, синхронните микродвигатели се използват широко в различни електрически задвижвания, в които се използват постоянни магнити за създаване на поле на възбуждане.

По правило се управляват синхронни генератори и двигатели cos phi= 0,8 ÷ 0,9.

Базиран на асинхронни двигатели с ротор с късо съединение.

а) трифазно кръвно налягане,

б) двуфазно кръвно налягане.

Базиран на асинхронни двигатели с фазов ротор.

Като двигатели най-широко се използват асинхронните машини. Максималната мощност на асинхронните двигатели е няколко десетки мегавата. За помпи и аеродинамични тунели се произвеждат асинхронни двигатели с мощност до 20 MW. Индикаторните системи използват асинхронни двигатели от части от вата до стотици вата.

В момента асинхронните двигатели се произвеждат в единични серии. Основната серия от асинхронни машини 4A включва двигатели от 0,4 до 400 kW. Разработена е единична серия от асинхронни машини AI, AIR, 5A и RA. Двигателите от серията ATD са изработени с масивен ротор с катерична клетка и статорна намотка с водно охлаждане.

Асинхронните двигатели от серия 4A могат да бъдат разделени на два типа според степента на защита и метода на охлаждане. Машините са затворени, защитени от пръски от всякаква посока и предмети с диаметър над 1 мм от попадане вътре в тях, имат външно продухване от вентилатор. Според GOST тази версия е обозначена с IP44. Вторият тип дизайн са машини със защита IP23. В тези машини е осигурена защита срещу възможността за контакт на предмети с диаметър над 12,5 мм с токопроводящи въртящи се части на машината. Версията IP23 осигурява защита срещу капки, падащи под ъгъл от 60° спрямо вертикалата (устойчива на капене версия).

Отличителна черта на машините с фазов ротор е наличието върху ротора на намотка от проводници с кръгло или правоъгълно напречно сечение, чието начало е изведено до плъзгащи пръстени. Монтажът на плъзгащите пръстени се отстранява от рамката, а плъзгащите пръстени са покрити с кожух. Тококолекторът се състои от четки и четкодържатели. Вентилационна система и степен на защита на двигатели с фазов ротор - IP23 и IP44.

Уравнението на механичната характеристика на асинхронен двигател. еквивалентна верига на една фаза.

За разлика от двигателите с постоянен ток, възбуждащият поток на трифазен двигател се създава от променливия ток на намотките и се върти. Появата на ЕМП и ток в намотката на ротора, а оттам и на въртящия момент на вала, е възможно, както е известно, само ако има разлика между скоростта на въртене на полето и скоростта на въртене на ротора, наречена приплъзване

където ω е скоростта на въртене на ротора.

Механичните характеристики на асинхронния електродвигател са изградени като зависимост на приплъзването от въртящия момент, развиван от двигателя s=f(M)при постоянно напрежение и честота на захранващата мрежа.

За да се получи аналитичен израз за механичните характеристики на трифазен двигател, се използва еквивалентната схема на една фаза на двигателя, когато намотките на статора и ротора са свързани в "звезда". В еквивалентната схема (фигура 5.2) магнитната връзка между намотките на статора и ротора се заменя с електрическа, а токът на намагнитване и съответните индуктивни и активно съпротивлениепредставена като независима верига, свързана към мрежовото напрежение.

Ориз. 5.1. Еквивалентна схема на една фаза на двигателя.

За тази рисунка

Ъф– напрежение на първичната фаза;

аз 1- фазов ток на статора;

аз 2/ - намален ток на ротора;

X 1и X 2 /– първично и вторично намалени реактивни съпротивления на разсейване;

R0и X 0- активен и реактивно съпротивлениеверига за намагнитване;

s – приплъзване на двигателя;

- синхронна ъглова скорост на двигателя, ;

R1и R 2 / - първично и намалено вторично активно съпротивление;

f1– честота на мрежата,

Ре броят на двойките полюси.

Параметри на намотката на ротора (индуктивно, активно съпротивление и ток на ротора аз 2) се дават на завоите на намотката на статора и на режима със стационарен ротор. В допълнение, еквивалентната верига се разглежда при условие, че параметрите на всички вериги са постоянни, а магнитната верига е ненаситена.

В съответствие с горната еквивалентна схема можете да получите израза за вторичния ток:

(5.2)

Въртящият момент на асинхронен двигател може да се определи от израза на загубите

, където

(5.3)

Заместване на текущата стойност аз 2/ в този израз получаваме:

(5.4)

Израз за максимален момент:

(5.5)

Знакът "+" се отнася до режима на двигателя (или спиране с обратен ток), знакът "-" - до регенеративното спиране.

Означавайки, получаваме:

(5.6)

М към- максимален въртящ момент (критичен въртящ момент) на двигателя,

s към- критично приплъзване, съответстващо на максималния момент.

От формула 5.5 може да се види, че за дадено приплъзване въртящият момент на двигателя е пропорционален на квадрата на напрежението, така че двигателят е чувствителен към колебания на мрежовото напрежение.

Фигура 5.2 показва механичните характеристики на асинхронен двигател в различни режими на работа. Характерните точки на характеристиката са:

1) - скоростта на въртене на двигателя е равна на синхронната скорост;

2) - номинален режим на работа на двигателя;

3) - критичен момент в двигателния режим;

4) - начален начален момент.

Означавайки множеството на максималния момент, получаваме:

.

Когато двигателят работи само в режим на стартиране и спиране, това е неработещата част на характеристиката (хипербола).

Когато функцията е линейна, нейната графика е права линия, която се нарича работна част на механичната характеристика на асинхронен двигател. В този сегмент от механичните характеристики двигателят работи в стабилно състояние. На същата част има точки, съответстващи на номиналните данни на двигателя: .

Ориз. 5-2. Механична характеристика на асинхронен двигател.