Mechanická charakteristika indukčného motora sa nazýva závislosť. Mechanická charakteristika indukčného motora. Mechanické vlastnosti indukčných motorov

Je vhodné analyzovať činnosť asynchrónneho elektromotora na základe jeho mechanických vlastností, ktoré sú graficky vyjadrenou závislosťou od formy NS = f(M). V týchto prípadoch sa rýchlostné charakteristiky používajú veľmi zriedkavo, pretože pre asynchrónny elektromotor je rýchlostná charakteristika závislosť počtu otáčok na prúde rotora, pri určovaní čoho existuje množstvo ťažkostí, najmä v prípade asynchrónnych motorov. elektromotory s rotorom vo veveričke.

Pri indukčných motoroch, ako aj pri jednosmerných motoroch sa rozlišujú prírodné a umelé mechanické vlastnosti. Asynchrónny elektrický motor pracuje na prirodzených mechanických charakteristikách, ak je jeho vinutie statora pripojené k trojfázovej prúdovej sieti, ktorej napätie a frekvencia zodpovedá menovitým hodnotám, a ak v obvode rotora nie sú zahrnuté žiadne ďalšie odpory.

Na obr. 42 dostala závislosť M = f(s), čo uľahčuje prechod na mechanickú charakteristiku n = f(M ), pretože podľa výrazu (82) rýchlosť rotora závisí od hodnoty sklzu.

Dosadenie vzorca (81) do výrazu (91) a riešenie výslednej rovnice pre NS 2 získame nasledujúcu rovnicu mechanických charakteristík indukčného motora

člen r 1 s vynechaný kvôli svojej maličkosti. Mechanické charakteristiky zodpovedajúce tejto rovnici sú znázornené na obr. 44.

Rovnica (95) je pre praktické konštrukcie nepohodlná, a preto sa v praxi zvyčajne používajú zjednodušené rovnice. Takže v prípade elektromotora pracujúceho na prirodzenej charakteristike s krútiacim momentom nepresahujúcim 1,5 jeho menovitej hodnoty, sklz zvyčajne nepresahuje 0,1. Preto v uvedenom prípade v Eqn (95) môžeme tento výraz zanedbať X 2 s 2 /kr’ 2 · M , v dôsledku čoho získame nasledujúcu zjednodušenú rovnicu prirodzenej charakteristiky:

čo je rovnica priamky naklonenej k osi x.

Hoci rovnica (97) je približná, skúsenosti ukazujú, že keď sa krútiaci moment zmení z M= 0 až M=1,5M n charakteristiky indukčných motorov sú skutočne jednoduché a rovnica (97) poskytuje výsledky, ktoré sú v dobrej zhode s experimentálnymi údajmi.

Keď sa do obvodu rotora zavedú ďalšie odpory, charakteristika NS = f(M) s presnosťou dostačujúcou na praktické účely možno tiež považovať za lineárnu v rámci stanovených limitov krútiaceho momentu a zostrojiť ju podľa rovnice (97).

Mechanické vlastnosti indukčného motora sú teda v rozsahu od M= 0 až M = 1,5 M n pri rôznych odporoch reťaze rotora predstavujú rodinu priamok pretínajúcich sa v jednom bode zodpovedajúcom synchrónnemu počtu otáčok (obr. 45). Ako ukazuje rovnica (97), sklon každej charakteristiky k osi x je určený hodnotou aktívneho odporu obvodu rotora r’ 2 ... Je zrejmé, že čím väčší je odpor zavedený do každej fázy rotora, tým viac je charakteristika naklonená k osi x.

Ako je uvedené, zvyčajne sa v praxi rýchlostné charakteristiky asynchrónnych elektromotorov nepoužívajú. Výpočet štartovacích a regulačných odporov sa vykonáva pomocou rovnice (97). Konštrukcia prirodzenej charakteristiky môže byť vykonaná v dvoch bodoch - pri synchrónnej rýchlosti n­ 1 = 60f /R pri nulovom krútiacom momente a pri menovitých otáčkach pri menovitom krútiacom momente.

Je potrebné mať na pamäti, že pre asynchrónne elektromotory je závislosť krútiaceho momentu od prúdu rotora ja 2 je zložitejšia ako závislosť momentu od prúdu kotvy pre

Jednosmerné elektromotory. Preto rýchlostná charakteristika indukčného motora nie je totožná s mechanickou charakteristikou. Charakteristické NS = f(ja 2 ) má tvar znázornený na obr. 46. ​​Je tu tiež charakteristika n = f (ja 1 ).

Asynchrónne motory (IM) sú najbežnejším typom motorov, pretože sú v prevádzke jednoduchšie a spoľahlivejšie, s rovnakým výkonom majú v porovnaní s DPT menšiu hmotnosť, rozmery a náklady. Schémy zapojenia krvného tlaku sú znázornené na obr. 2.14.

Donedávna sa AM s rotorom vo veveričke používal v neregulovaných elektrických pohonoch. S príchodom tyristorových frekvenčných meničov (TFC) napätia napájajúceho statorové vinutia AM sa však v pohonoch s premenlivými otáčkami začali používať motory s veveričkovými klietkami. V súčasnosti sa vo frekvenčných meničoch používajú výkonové tranzistory a programovateľné regulátory. Metóda riadenia rýchlosti sa nazýva impulzná a jej zlepšenie je najdôležitejším smerom vo vývoji elektrického pohonu.

Ryža. 2.14. a) obvod na zapnutie krvného tlaku rotorom vo veveričke;

b) schéma zapnutia IM s fázovým rotorom.

Rovnicu pre mechanické charakteristiky krvného tlaku je možné získať na základe ekvivalentného okruhu krvného tlaku. Ak v tomto obvode zanedbáme aktívny odpor statora, potom výraz pre mechanickú charakteristiku bude vyzerať takto:

,

Tu M k - kritický moment; S až- zodpovedajúci kritický sklz; U f- efektívna hodnota fázového napätia siete; ω 0 = 2πf / p- uhlová rýchlosť rotujúceho magnetického poľa IM (synchrónna rýchlosť); f- frekvencia napájacieho napätia; p- počet dvojíc pólov AM; x do- indukčný fázový odpor skratu (určený z ekvivalentného obvodu); S = (ω 0 -ω) / ω 0- sklz (otáčky rotora vzhľadom na rýchlosť rotujúceho poľa); R 2 1- celkový aktívny odpor fázy rotora.

Mechanické charakteristiky AM s rotorom vo veveričke sú znázornené na obr. 2.15.

Ryža. 2.15. Mechanické charakteristiky AM s rotorom vo veveričke.

Možno na ňom rozlíšiť tri charakteristické body. Súradnice prvého bodu ( S = 0; ω = ω 0; M = 0). Zodpovedá ideálnemu režimu voľnobehu, keď sa otáčky rotora rovnajú rýchlosti otáčajúceho sa magnetického poľa. Súradnice druhého bodu ( S = S až; M = M k). Motor beží na maximálny krútiaci moment. O M s> M k rotor motora sa násilne zastaví, čo je skratový režim motora. Preto sa krútiaci moment motora v tomto bode nazýva kritický M do... Súradnice tretieho bodu ( S = 1; ω = 0; M = M p). V tomto okamihu motor pracuje v režime štartovania: otáčky rotora ω = 0 a počiatočný krútiaci moment pôsobí na stacionárny rotor M p... Úsek mechanickej charakteristiky nachádzajúci sa medzi prvým a druhým charakteristickým bodom sa nazýva pracovný úsek. Motor na ňom beží v ustálenom stave. V AM s rotorom vo veveričke za podmienok U = U n a f = f n mechanická charakteristika sa nazýva prirodzená. V tomto prípade sa na pracovnej časti charakteristiky nachádza bod zodpovedajúci nominálnemu prevádzkovému režimu motora a so súradnicami ( S n; co n; M n).

Elektromechanická charakteristika krvného tlaku ω = f (I f) 2.15, ktorá je na obr. 2.15 znázornená prerušovanou čiarou, sa na rozdiel od elektromechanickej charakteristiky jednosmerného motora zhoduje s mechanickou charakteristikou len vo svojej pracovnej časti. Je to spôsobené tým, že počas spúšťania v dôsledku meniacej sa frekvencie emf. vo vinutí rotora E 2 aktuálna frekvencia a pomer indukčných a aktívnych odporov vinutia sa menia: na začiatku štartu je aktuálna frekvencia veľká a indukčný odpor je väčší ako aktívny; so zvyšujúcou sa rýchlosťou rotora ω frekvencia prúdu rotora, a tým aj indukčný odpor jeho vinutia, klesá. Preto je zapínací prúd AM v režime priameho štartu 5 ÷ 7 krát vyšší ako nominálna hodnota ja fn a počiatočný moment M p rovná nominálu M n... Na rozdiel od DPT, kde pri rozbehu je potrebné obmedziť rozbehový prúd a rozbehový moment, pri rozbehu IM treba obmedziť rozbehový prúd a zvýšiť rozbehový moment. Posledná okolnosť je najdôležitejšia, keďže DCT s nezávislým budením začína o M s<2,5М н , DPT so sekvenčným budením o M s<5М н a krvný tlak pri práci na prirodzenej charakteristike pri M s<М н .

Pri krvnom tlaku s rotorom vo veveričke zvýšenie M p poskytuje špeciálna konštrukcia vinutia rotora. Drážka pre vinutie rotora je vyrobená hlboko a samotné vinutie je umiestnené v dvoch vrstvách. Pri štartovaní motora frekvencia E 2 a prúdy rotora sú veľké, čo vedie k vzniku efektu prúdového posunu - prúd tečie iba v hornej vrstve vinutia. Preto sa zvyšuje odpor vinutia a štartovací moment motora. M P... Jeho hodnota môže dosiahnuť 1,5 milióna n.

Pre krvný tlak s navinutým rotorom zvýšenie M P zabezpečené zmenou jeho mechanických vlastností. Ak odpor R P zahrnutý v obvode toku prúdu rotora sa rovná nule - motor pracuje na prirodzenej charakteristike a MP = M N... O R P> 0 celkový aktívny odpor fázy rotora sa zvyšuje R 2 1... Kritický sklz S až ako sa zvyšuje R 2 1 tiež sa zvyšuje. Výsledkom je, že v AD s fázovým rotorom úvod R P do obvodu prúdového prúdu rotora vedie k posunutiu M K smerom k veľkým toboganom. O S K = 1 M P = M K. Mechanické charakteristiky IM s fázovým rotorom pri R P> 0 sa nazývajú umelé alebo reostaty. Sú znázornené na obr. 2.16.

Najbežnejšími elektrickými motormi v priemysle, poľnohospodárstve a všetkých ostatných aplikáciách sú asynchrónne motory. Môžeme povedať, že asynchrónne motory s veveričkovými klietkami sú hlavným prostriedkom na premenu elektrickej energie na mechanickú. Princíp činnosti indukčného motora bol diskutovaný v § 1.2 a 6.1.

Elektromagnetické pole statora rotuje vo vzduchovej medzere stroja rýchlosťou c = 2 nf ( /p p... Pri štandardnej frekvencii 50 Hz nominálna rýchlosť rotora závisí od počtu párov pólov p p(Tabuľka 6.1).

Tabuľka 6.1

Závislosť rýchlosti otáčania asynchrónnych motorov od počtu párov

póly

V závislosti od konštrukcie rotora asynchrónneho motora sa asynchrónne motory rozlišujú s fáza a rotor klietky vo veveričke. V motoroch s navinutým rotorom je na rotore umiestnené trojfázové distribuované vinutie, zvyčajne spojené s hviezdou, konce vinutia sú spojené s klznými krúžkami, cez ktoré sú zo zapojeného stroja odstránené elektrické obvody rotora na počiatočné odpory, po ktorých nasleduje skratovanie vinutí. V motoroch s klietkou vo veveričke je vinutie vyrobené vo forme veveričia klietka - tyče obojstranne skratované krúžkami. Napriek špecifickému dizajnu možno klietku na veveričku považovať aj za trojfázové vinutie, skratované.

Elektromagnetický moment M v asynchrónnom motore sa vytvára v dôsledku interakcie rotujúceho magnetického poľa statora Ф s aktívnou zložkou prúdu rotora:

kde - konštruktívna konštanta.

Prúd rotora je spôsobený EMF E 2, ktorý je vo vinutí rotora indukovaný rotujúcim magnetickým poľom. Keď rotor stojí, indukčný motor je trojfázový transformátor s vinutiami skratovanými alebo zaťaženými štartovacím odporom. EMF vznikajúce, keď je rotor vo svojich vinutiach stacionárny, sa nazýva menovitého fázového EMF rotor E 2n. Tento EMF sa približne rovná fázovému napätiu statora vydelenému transformačným pomerom na t:

Pri rotujúcom motore je EMF rotora E 2 a frekvencia tohto EMF (a teda frekvencia prúdu vo vinutiach rotora) ^ závisia od frekvencie prechodu vodičov vinutia rotora rotujúcim poľom (v tyčových motoroch vo veveričkovej klietke). Táto frekvencia je určená rozdielom medzi rýchlosťami poľa statora ω a rotora ω, ktorý sa nazýva absolútny sklz:

Pri analýze prevádzkových režimov asynchrónneho motora s konštantnou frekvenciou napájacieho napätia (50 Hz) sa zvyčajne používa relatívna hodnota sklzu

Keď rotor motora stojí, s = 1. Najväčší EMF rotora pri prevádzke v motorovom režime bude so stacionárnym rotorom ( E 2n), keď sa rýchlosť zvyšuje (sklz klesá) EMF E 2 zníži sa:

Podobne bude frekvencia EMF a prúdu rotora / 2 so stacionárnym rotorom rovnaká ako frekvencia prúdu statora / a so zvyšujúcou sa rýchlosťou sa zníži úmerne k sklzu:

V nominálnom režime sa rýchlosť rotora mierne líši od rýchlosti poľa a menovitý sklz pre motory na všeobecné použitie s výkonom 1,5 ... 200,0 kW je iba 2 ... 3%a pre motory s vyšším výkonom je je asi 1%. V súlade s tým je v nominálnom režime EMF rotora 1 ... 3% nominálnej hodnoty tohto EMF pri 5 = 1. Frekvencia prúdu rotora v nominálnom režime bude iba 0,5 ... 1,5 Hz. Pri 5 = 0, keď sa rýchlosť rotora rovná rýchlosti poľa, rotor EMF E 2 a prúd rotora / 2 bude nulový, krútiaci moment motora bude tiež nulový. Tento režim je ideálny režim nečinnosti.

Závislosť frekvencie EMF a prúdu rotora od sklzu určuje originalitu mechanických vlastností indukčného motora.

Činnosť asynchrónneho motora s fázovým rotorom, ktorého vinutia sú skratované. Ako je uvedené v (6.16), krútiaci moment motora je úmerný toku Ф a aktívnej zložke prúdu rotora / 2 "a, znížený na stator. Tok vytvorený vinutím závisí od hodnoty a frekvencie napájacieho napätia

Prúd rotora je

kde Z 2 je impedancia fázy vinutia rotora.

Je potrebné mať na pamäti, že indukčný odpor vinutia rotora x 2 je premenlivá hodnota, ktorá závisí od frekvencie prúdu rotora, a teda od sklzu: x 2 = 2p 2 2 = 2k t 2.

So stacionárnym rotorom na s = 1 indukčný odpor vinutia rotora maximum. Ako sa rýchlosť zvyšuje (sklz klesá), indukčná reaktancia rotora x 2 klesá a pri dosiahnutí menovitých otáčok je iba 1 ... 3% odporu pri 5 = 1. Určujúce x 2s = l = x 2n, dostať

Prenesme parametre obvodu rotora na vinutie statora, berúc do úvahy transformačný pomer a na základe zachovania

mocenská rovnosť:

A aktívna zložka prúdu rotora má tvar:

Delenie čitateľa a menovateľa vzorca (6.26) o s, dostať

Vykonaná matematická operácia je rozdelením čitateľa a menovateľa na s, samozrejme, nemení platnosť rovnosti (6.29), ale má formálny charakter, ktorý je potrebné vziať do úvahy pri zvažovaní tohto vzťahu. V skutočnosti, ako vyplýva z pôvodného vzorca (6.26), indukčný odpor rotora závisí od sklzu x 2, a aktívny odpor r 2 zostáva konštantný. Použitie výrazu (6.29) umožňuje analogicky s transformátorom zostaviť ekvivalentný obvod pre indukčný motor, ktorý je znázornený na obr. 6.4 , a.

Ryža. 6.4.Ekvivalentné obvody indukčného motora: a - kompletný obvod; b - obvod s oddeleným magnetizačným obvodom

Pre analýzu neriadeného elektrického pohonu je možné tento obvod zjednodušiť prenesením magnetizačnej slučky na svorky motora. Zjednodušený ekvivalentný obvod v tvare U je znázornený na obr. 6,4Д, na základe ktorého bude prúd rotora rovný:

kde x k = x + x "2 a- indukčný odpor skratu. Aktívna zložka prúdu rotora, berúc do úvahy (6.28), bude:

Dosadením (6.22) a (6.31) do (6.16) dostaneme výraz pre krútiaci moment indukčného motora

Prirodzená mechanická charakteristika indukčného motora oz = f (M) s fázovým rotorom, ktorého vinutia sú skratované, je znázornené na obr. 6.5. Ukazuje tiež elektromechanickú charakteristiku motora ω = / (/ j), určenú z vektorového diagramu indukčného motora na obr. 6.6, Ja x = ja + / 2 ".

Ryža. O 5. Prirodzené mechanické a elektromechanické vlastnosti indukčného motora

Ryža. V.V. Zjednodušený vektorový diagram indukčného motora

Za predpokladu, že magnetizačný prúd je reaktívny, dostaneme sa kam

Vyrovnanie derivátu dM / ds=, nájdeme maximálnu hodnotu krútiaceho momentu indukčného motora M k = M n a zodpovedajúcu kritickú hodnotu sklzu s K:

kde s K- kritický sklz; znamienko „+“ znamená, že táto hodnota sa vzťahuje na režim motora, znamienko „-“ - na režim rekuperačného brzdenia.

S prihliadnutím na (6.34) a (6.35) možno vzorec pre mechanickú charakteristiku (6.32) transformovať na pohodlnejší výraz - Klossov vzorec:

Pre motory s výkonom viac ako 15 kW je odpor vinutia statora r malý a pri frekvencii 50 Hz je oveľa menší x K. Preto vo výrazoch uvedených vyššie možno hodnotu r zanedbať:

Podľa získaných vzorcov môžete vypočítať mechanickú charakteristiku indukčného motora pomocou údajov z pasu, pričom poznáte nominálny krútiaci moment M n, hodnotený sklz s h a kapacity preťaženia motora X.

Všimnite si, že analýzou elektromagnetických procesov v indukčnom motore pre ustálený stav sme dospeli k rovnakým vzťahom (6.9) a (6.10), ktoré boli získané v § 6.1 na základe diferenciálnych rovníc zovšeobecneného dvojfázového stroja.

Analýza vlastností mechanických charakteristík indukčného motora (pozri obr. 6.5). Je nelineárny a skladá sa z dvoch častí. Prvá - pracovná časť - v kĺzavom rozsahu od 0 do s K. Táto časť charakteristiky je takmer lineárna a má negatívnu tuhosť. Tu je krútiaci moment vyvíjaný motorom približne úmerný prúdu statora 1 X a rotor / 2. Pretože v tejto časti sú charakteristiky s potom je druhý člen menovateľa vo vzorci (6.39) výrazne menší ako prvý a možno ho zanedbať. Potom môže byť pracovná časť mechanickej charakteristiky približne znázornená v lineárnej forme, kde moment je úmerný sklzu:

Druhá časť mechanických charakteristík indukčného motora s posuvným veľkým s K (s> s K) krivočiary, s kladnou hodnotou tuhosti (3. Napriek tomu, že prúd motora sa zvyšuje so zvyšovaním sklzu, krútiaci moment, naopak, klesá. Ak sú vinutia rotora indukčného motora s fázovým rotorom vo vonkajšom obvode krátke- zapojený, potom bude štartovací prúd takéhoto motora ( = 0 a 5 = 1) veľmi veľký a prekročí nominálnu hodnotu 10-12 krát. Súčasne bude štartovací moment asi 0,4 ... 0,5 Ako bude ukázané nižšie, pre motory s klietkou bude štartovací prúd (5 ... 6) / n a štartovací moment (1,1 ... 1,3) A / n.

Na vysvetlenie tohto rozporu medzi štartovacím prúdom a krútiacim momentom zvážte vektorové diagramy obvodu rotora (obr. 6.7) pre dva prípady: keď je sklz veľký (počiatočná časť charakteristiky); keď je sklz malý (pracovná časť charakteristiky). Pri štarte, keď 5 = 1, je prúdová frekvencia rotora rovná frekvencii siete (f 2 = 50 Hz). Indukčný odpor vinutia rotora [pozri. (6.24)] je veľký a výrazne presahuje aktívny odpor rotora / * 2, prúd zaostáva za EMF rotora o veľký uhol φ, tj. prúd rotora je hlavne reaktívny. Pretože EMF rotora v tomto prípade bude veľké 2 = 2n, potom bude štartovací prúd veľmi veľký, avšak v dôsledku malej hodnoty cp 2 bude aktívna zložka prúdu rotora 1 2a bude malý, preto krútiaci moment vyvíjaný motorom bude tiež malý.

Keď motor zrýchľuje, sklz klesá, úmerne klesá EMF rotora, prúdová frekvencia rotora a indukčná reaktancia rotora. V súlade s tým klesá hodnota celkového prúdu rotora a statora, avšak v dôsledku zvýšenia f 2 sa zvyšuje aktívna zložka prúdu rotora a zvyšuje sa krútiaci moment motora.

Keď je sklz motora menší s K, frekvencia prúdu rotora sa zníži natoľko, že indukčná reaktancia bude už menšia ako aktívna a prúd rotora bude prakticky aktívny (obr. 6.7,6), krútiaci moment motora bude úmerný prúdu rotora. Ak je teda menovitý sklz motora 5 n = 2%, potom v porovnaní so štartovacími parametrami sa frekvencia rotorového prúdu zníži 50-krát a indukčný odpor rotora sa zodpovedajúcim spôsobom zníži. Preto napriek skutočnosti, že EMF rotora sa tiež zníži 50 -krát, bude postačujúce vytvoriť menovitý prúd rotora, ktorý poskytuje menovitý krútiaci moment motora. Originalita mechanických charakteristík indukčného motora je teda určená závislosťou indukčného odporu rotora od sklzu.

Ryža. O 7. Vektorový diagram obvodu rotora indukčného motora: a - s vysokým sklzom: b - s a malým sklzom

Na základe vyššie uvedeného je na spustenie asynchrónneho motora s navinutým rotorom potrebné prijať opatrenia na zvýšenie štartovacieho momentu a zníženie štartovacích prúdov. Za týmto účelom je v obvode rotora zahrnutý ďalší aktívny odpor. Ako vyplýva zo vzorcov (6.34), (6.35), zavedenie dodatočného aktívneho odporu nemení maximálny krútiaci moment motora, ale mení iba hodnotu

kritický sklz: , kde /? "ext - zredukované na

dodatočný odpor statora v obvode rotora.

Zavedenie dodatočného aktívneho odporu zvyšuje impedanciu obvodu rotora, v dôsledku čoho sa štartovací prúd znižuje a av obvodu rotora sa zvyšuje, čo vedie k zvýšeniu aktívnej zložky prúdu rotora a v dôsledku toho k krútiaci moment motora.

Zvyčajne sa do rotorového obvodu motora s vinutým rotorom zavedie delený odpor, ktorého stupne sú premostené spúšťacími stýkačmi. Výpočet štartovacích charakteristík reostatu sa môže vykonať podľa vzorca (6.39) s použitím hodnoty s K, vhodné R 2 b pre každý stupeň štartovacieho odporu. Obvod na zapnutie prídavných odporov a zodpovedajúce mechanické charakteristiky reostatu motora sú znázornené na obr. 6.8. Mechanické charakteristiky majú spoločný bod ideálneho voľnobehu, ktorý sa rovná rýchlosti otáčania elektromagnetického poľa statora ω, a tuhosť pracovnej časti charakteristík klesá so zvyšujúcim sa celkovým aktívnym odporom obvodu rotora (2 + / ? Ext).

Pri štartovaní motora celkový dodatočný odpor /? 1adb. Po dosiahnutí otáčok, pri ktorých sa moment motora L / blíži k momentu odporu Pani,časť rozbehového odporu premostí stýkač K1 a motor prejde na charakteristiku zodpovedajúcu hodnote prídavného odporu /? 2adb. V tomto prípade sa krútiaci moment motora zvýši na hodnotu M 2. Keď motor ďalej zrýchľuje, stýkač K2 skratuje druhý stupeň štartovacieho odporu. Potom, čo sú kontakty skratovacieho stýkača zatvorené, motor prejde na svoju prirodzenú charakteristiku a bude pracovať rýchlosťou zodpovedajúcou bodu 1.

Na výpočet počiatočných charakteristík je potrebné nastaviť hodnotu krútiaceho momentu M ( pri ktorom sa spínajú kroky štartovacích odporov M x = 1,2M s. Hodnoty počiatočného krútiaceho momentu M 2(Obrázok 6.8) sa nachádza podľa vzorca = A /, kde T - počet krokov.

Na výpočet krokov počiatočného odporu nájdeme menovitý odpor rotora R 2h = 2n.lin /> / 3 2n

Krokové odpory:

V indukčných motoroch s klietkou vo veveričke je zavedenie dodatočného odporu do obvodu rotora nemožné. Rovnaký výsledok však možno dosiahnuť použitím účinok posunutia prúdu na povrchu vodiča. Podstata tohto javu je nasledovná. Podľa zákona elektromagnetickej indukcie, keď cez vodič preteká striedavý prúd, indukuje sa v ňom EMF samoindukcie nasmerovaná proti prúdu:

Hodnota tohto EMF závisí od prúdu Ja, jeho frekvencia a indukčnosť, určená charakteristikou prostredia obklopujúceho vodič. Ak je vodič vo vzduchu, potom je magnetická permeabilita média veľmi malá, preto je indukčnosť malá L. V tomto prípade pri frekvencii 50 Hz s = / s je účinok EMF samoindukcie nevýznamný. Iná vec je, keď je vodič umiestnený v tele magnetického obvodu. Potom sa indukčnosť mnohonásobne zvyšuje a EMF samoindukcie, nasmerované proti prúdu, zohráva úlohu indukčného odporu, ktorý zabraňuje toku prúdu.

Ryža. O 9. Konštrukcia rotora indukčného motora veveričkovej klietky: a- s hlbokou drážkou; b - s dvojitou klietkou; v- diagram vysvetľujúci vplyv prúdového posunu

Zvážte prejav pôsobenia samoindukčného EMF v prípade vodiča (tyče vinutia rotora) umiestneného v hlbokej drážke magnetického obvodu rotora motora (obr. 6.9 a). Podmienečne rozdeľme prierez tyče na tri časti, ktoré sú paralelne spojené. Prúd tečúci spodnou časťou tyče tvorí tok Ф, ktorého magnetické siločiary sú uzavreté pozdĺž magnetického obvodu. V tejto časti vodiča dochádza k veľkému EMF samoindukcie e LV protiprúd 1 2r

Prúd / 23 (obr. 6.9, v), prúdiaci pozdĺž hornej časti tyče vinutia rotora tvorí tok Ф 3, ale keďže siločiary tohto toku sú na vzduchu značnú časť svojej dĺžky uzavreté, tok Ф 3 bude oveľa menší ako tok Ф, . Preto EMF e 1b bude mnohokrát menej ako e LV

Uvedené rozloženie EMF samoindukcie pozdĺž výšky tyče je typické pre režim, keď je frekvencia prúdu rotora vysoká - blízko 50 Hz. V tomto prípade sú všetky tri časti rotorovej tyče spojené paralelne (pozri obr. 6.9, v), potom prúd rotora / 2 pôjde pozdĺž hornej časti tyče, kde je menej spätného EMF e L. Tento jav sa nazýva posunutie prúdu na povrch drážky. V tomto prípade bude účinný prierez tyče, cez ktorú preteká prúd, niekoľkonásobne menší ako celkový prierez tyče vinutia rotora. Tým sa zvyšuje aktívny odpor rotora. d 2. Všimnite si, že keďže EMF samoindukcie závisí od frekvencie prúdu (t.j. na sklze), potom odpor r 2 a x 2 sú sklzové funkcie.

Pri rozbehu, keď je sklz veľký, sa odpor r 2 zvyšuje (do okruhu rotora sa akosi vnáša dodatočný odpor). Keď motor zrýchľuje, sklz motora sa znižuje, účinok prúdového posunu sa oslabuje, prúd sa začína šíriť po priereze vodiča, odpor r 2 klesá. Pri dosiahnutí prevádzkových otáčok je prúdová frekvencia rotora taká nízka, že jav prúdového posunu neovplyvňuje prúd, prúd preteká celým prierezom vodiča a odpor r 2 minimálna. Vďaka tejto automatickej zmene odporu r 2,štartovanie asynchrónnych motorov s nakrátko prebieha: štartovací prúd je

5,0 ... 6,0 nominálny a rozbehový krútiaci moment 1,1 ... 1,3 nominálny.

Parametre východiskových charakteristík indukčného motora je možné počas návrhu meniť zmenou tvaru drážky, ako aj odolnosti materiálu tyčí (zloženie zliatiny). Spolu s hlbokými drážkami sa používajú dvojité drážky, ktoré tvoria dvojitú veveričiu klietku (obr. 6.9,6), a tiež použiť drážky v tvare hrušky atď.

Na obr. 6.10 ukazuje typické mechanické vlastnosti rôznych modifikácií asynchrónnych motorov s klietkou.

Ryža. O 10. Približné mechanické vlastnosti asynchrónnych motorov s veveričkami: a - normálna konštrukcia; 6 - so zvýšeným sklzom; v- so zvýšeným rozbehovým krútiacim momentom; g - žeriavovo-hutnícka séria

Motory vo veveričke s bežnou prevádzkou sa používajú na pohon širokej triedy pracovných strojov a mechanizmov, predovšetkým na pohony pracujúce v nepretržitej prevádzke. Táto konštrukcia sa vyznačuje vysokou hodnotou účinnosti a minimálnym menovitým sklzom. Mechanická charakteristika v oblasti vysokého sklzu má zvyčajne malý ponor, charakterizovaný minimálnym momentom Mt (str.

Motory s vysokým sklzom majú mäkšie mechanické vlastnosti a používajú sa v nasledujúcich prípadoch: keď dva alebo viac motorov pracuje na spoločnom hriadeli, pre mechanizmy (napríklad kľuková ojnica) s cyklicky sa meniacim zaťažením, keď je vhodné použiť kinetickú energiu uloženú v pohyblivých častiach elektrického pohonu na prekonanie odporu voči pohybu a pre mechanizmy pracujúce v prerušovanom režime.

Motory so zvýšeným rozbehovým momentom navrhnuté pre aplikácie s náročnými štartovacími podmienkami, ako sú napríklad vlečné dopravníky.

Žeriavovo-metalurgické sériové motory určené pre mechanizmy pracujúce v prerušovanom režime s častými štartmi. Tieto motory majú vysokú kapacitu preťaženia, vysoký rozbehový moment, zvýšenú mechanickú pevnosť, ale nižší energetický výkon.

Analytický výpočet mechanických charakteristík asynchrónnych motorov s veveričkou klietkou je dosť komplikovaný, preto je možné približnú charakteristiku vykresliť v štyroch bodoch: bez zaťaženia (5 = 0), maximálne M k, spúšťač M p a minimálna Mt [n moment na začiatku štartu. Údaje o týchto charakteristických bodoch sú uvedené v katalógoch a referenčných knihách pre indukčné motory. Výpočet pracovnej časti mechanických charakteristík skratovaného indukčného motora (so sklzom od 0 do 5 k) je možné vykonať pomocou Klossovho vzorca (6,36), (6,39), pretože vplyv posunu prúdu na prevádzkový režim sa takmer neprejavuje.

Plne mechanická charakteristika indukčného motora vo všetkých kvadrantoch poľa Pani, je znázornené na obr. 6.11.

Asynchrónny motor môže pracovať v troch režimoch brzdenia: rekuperačné a dynamické brzdenie a opozičné brzdenie. Špecifickým režimom brzdenia je aj kondenzátorové brzdenie.

Regeneračné regeneratívne brzdenie možné, ak je rýchlosť rotora vyššia ako rýchlosť otáčania elektromagnetického poľa statora, ktorá zodpovedá zápornej hodnote sklzu: oo> co 0 5

Niekoľko väčší význam maximálny krútiaci moment v režime generátora je vysvetlený skutočnosťou, že straty v statore (na odpore G () v režime motora je krútiaci moment na hriadeli znížený a v režime generátora musí byť krútiaci moment na hriadeli väčší, aby sa pokryli straty v statore.

Všimnite si, že v režime rekuperačného brzdenia asynchrónny motor generuje a dodáva činný výkon do siete a na vytvorenie elektromagnetického poľa si asynchrónny motor musí vymieňať jalový výkon so sieťou v režime generátora. Preto asynchrónny stroj nemôže fungovať ako samostatný generátor, keď je odpojený od siete. Je však možné pripojiť asynchrónny stroj na kondenzátorové banky ako na zdroj jalového výkonu.

Metóda dynamického brzdenia: vinutia statora sú odpojené od siete striedavého prúdu a pripojené k zdroju konštantného napätia (obr. 6.12). Keď sú vinutia statora napájané jednosmerným prúdom, vytvorí sa elektromagnetické pole stacionárne v priestore, t.j. rýchlosť otáčania poľa statora s dt =. Sklz sa bude rovnať 5 DT = -co / co n, kde co n je nominálna uhlová rýchlosť otáčania poľa statora.

Ryža. 6 .12 a- umožniť dynamické brzdenie; b - pri pripájaní vinutí k hviezde; v- pri spájaní vinutí v trojuholníku

Typ mechanických charakteristík (obr. 6.13) je podobný vlastnostiam v režime regeneratívneho brzdenia. Pôvod charakteristík je pôvod. Intenzitu dynamického brzdenia je možné regulovať zmenou budiaceho prúdu / dt vo vinutiach statora. Čím vyšší je prúd, tým viac brzdného momentu motor vyvinie. V tomto prípade však treba mať na pamäti, že pri prúdoch / dt> / 1n začína ovplyvňovať saturácia magnetického obvodu motora.

Pri indukčných motoroch s vinutým rotorom je možné brzdný moment riadiť aj zavedením dodatočného odporu do obvodu rotora. Účinok zavedenia dodatočného odporu je podobný účinku, ktorý sa vyskytuje pri štartovaní asynchrónneho motora: v dôsledku zlepšenia φ sa zvyšuje kritický sklz motora a zvyšuje sa brzdný moment pri vysoké rýchlosti otáčanie.

V režime dynamického brzdenia sú vinutia statora napájané zo zdroja jednosmerného prúdu. Malo by sa tiež pamätať na to, že v obvode dynamického brzdenia prúd / dt preteká (keď sú vinutia spojené s hviezdou) nie cez tri, ale cez dvojfázové vinutia.

Na výpočet charakteristík je potrebné nahradiť skutočný / ekvivalentný prúd /, ktorý pretekajúci trojfázovými vinutiami,

vytvára rovnakú magnetizačnú silu ako prúd ja Pre obvod na obr. 6.12 ,6 1 = 0,816 /, a pre obvod na obr. 6.12 , v I =0,472/ .

Zjednodušený vzorec na približný výpočet mechanických charakteristík (bez saturácie motora) je podobný Klossovmu vzorcu pre režim motora:

kde - kritický moment v režime dynamického brzdenia;

Je potrebné zdôrazniť, že kritický sklz v režime dynamického brzdenia je podstatne menší ako kritický sklz v režime motora, pretože "k. Na získanie maximálneho brzdného momentu rovného maximálnemu krútiacemu momentu v režime motora by mal byť prúd / ekv. byť 2-4 krát vyšší ako menovitý magnetizačný prúd / 0 ... Napätie zdroja jednosmerného prúdu bude výrazne menšie ako menovité napätie a približne rovnaké ako dt = (2, ... 4) / ekv.,

Energeticky v režime dynamického brzdenia indukčný motor pracuje ako synchrónny generátor, zaťažený odporom obvodu rotora motora. Všetka mechanická energia dodávaná do hriadeľa motora počas brzdenia sa premieňa na elektrickú energiu a ide na zahrievanie odporu obvodu rotora. Opozičné brzdenie môže byť v dvoch prípadoch:

• keď je počas prevádzky motora potrebné ho urýchlene zastaviť, a preto sa zmení poradie striedania fáz napájania statorových vinutí motora;
• keď sa elektromechanický systém pohybuje v negatívnom smere pôsobením spúšťacej hmotnosti a motor je zapnutý v smere stúpania, aby sa obmedzila rýchlosť spúšťania (režim ťahania závažia).

V oboch prípadoch sa elektromagnetické pole statora a rotora motora otáča dovnútra rôzne strany... Šmyk motora v prevádzkovom režime

Miera zahrnutia je vždy väčšia ako jedna:

V prvom prípade (obr. 6.14) motor pracujúci v bode 1 po zmene poradia striedania fáz motora v bode G prejde do režimu brzdenia a otáčky pohonu rapídne klesnú vplyvom brzdného momentu. M T a statické M s. Pri spomaľovaní na rýchlosť blízku nule musí byť motor vypnutý, inak sa zrýchli v opačnom smere otáčania.

Ryža. 6.14.

V druhom prípade sa po odstránení mechanickej brzdy motor zapnutý v smere nahor bude otáčať v opačnom smere pod vplyvom gravitácie spúšťacej hmotnosti rýchlosťou zodpovedajúcou bodu 2. Činnosť v protismere režim prepínania pod pôsobením ťažného závažia je možný pri použití motorov s navinutým rotorom. V tomto prípade je do obvodu rotora zavedený významný dodatočný odpor, ktorý zodpovedá charakteristike 2 na obr. 6.14.

Energeticky je opozičný režim mimoriadne nepriaznivý. Prúd v tomto režime pre asynchrónne motory s klietkou presahuje štartovací prúd a dosahuje 10-násobok hodnoty. Straty v obvode rotora motora sú súčtom strát v skrate motora a výkonu, ktorý sa pri brzdení prenáša na hriadeľ motora: A P n = L/T co 0 + M t (o.

V prípade motorov s klietkou vo veveričke je reverzný režim možný len na niekoľko sekúnd. Pri použití motorov s navinutým rotorom v protiľahlom režime je nevyhnutné zahrnúť dodatočný odpor do obvodu rotora. V tomto prípade zostávajú energetické straty rovnaké významné, ale vykonávajú sa z objemu motora do odporov rotora.

Striedavý pohon

Klasifikácia striedavých pohonov

Na báze synchrónnych motorov.

a) LED s elektromagnetickým budením,

b) LED s budením z permanentných magnetov.

Synchrónne stroje môžu pracovať v troch režimoch: generátor, motor a režim synchrónneho kompenzátora.

Najbežnejším spôsobom prevádzky synchrónnych strojov je režim generátora. V tepelných elektrárňach sú inštalované turbínové generátory s výkonom 1200 MW pri 3000 ot/min a 1600 MW pri 1500 ot/min. Na rozdiel od vysokorýchlostných turbínových generátorov sú hydrogenerátory pomalobežné stroje, zvyčajne s vertikálnou osou otáčania. Na zvýšenie dynamickej stability energetických systémov a zlepšenie kvality elektriny sa používajú synchrónne kompenzátory vyrobené na základe explicitných a implicitných synchrónnych strojov.

V motorovom režime sa synchrónne stroje používajú ako hnacie motory pre výkonné čerpadlá, ventilátory a dúchadlá. Maximálny výkon synchrónnych motorov dosahuje niekoľko stoviek megawattov. Taktiež v rôznych elektrických pohonoch sú široko používané synchrónne mikromotory, v ktorých sa na vytvorenie budiaceho poľa používajú permanentné magnety.

Spravidla sa prevádzkujú synchrónne generátory a motory cos φ= 0,8 ÷ 0,9.

Založené na asynchrónnych motoroch s rotorom nakrátko.

a) trojfázový krvný tlak,

b) dvojfázový krvný tlak.

Založené na asynchrónnych motoroch s vinutým rotorom.

Ako motory sa najčastejšie používajú asynchrónne stroje. Maximálny výkon indukčných motorov je niekoľko desiatok megawattov. Pre čerpadlá a aerodynamické tunely sa vyrábajú asynchrónne motory do 20 MW. Systémy indikátorov používajú asynchrónne motory od zlomkov wattov až po stovky wattov.

V súčasnosti sa asynchrónne motory vyrábajú v jednej sérii. Hlavná séria asynchrónnych strojov 4A obsahuje motory od 0,4 do 400 kW. Bola vyvinutá jednotná séria asynchrónnych strojov AI, AIR, 5A a RA. Motory radu ATD sú vyrobené s masívnym rotorom vo veveričke a vodou chladeným vinutím statora.

Asynchrónne motory s rotorom nakrátko radu 4A možno rozdeliť na dva typy podľa stupňa ochrany a podľa spôsobu chladenia. Uzavreté stroje chránené pred postriekaním ľubovoľným smerom a predmetmi s priemerom viac ako 1 mm majú externé fúkanie ventilátorom. Podľa GOST má táto verzia označenie IP44. Druhým typom konštrukcie sú stroje s krytím IP23. Tieto stroje poskytujú ochranu pred možnosťou kontaktu predmetov s priemerom viac ako 12,5 mm so živými rotujúcimi časťami stroja. Verzia IP23 poskytuje ochranu pred kvapôčkami padajúcimi dovnútra zariadenia, ktoré spadajú pod uhlom 60 ° k vertikále (konštrukcia odolná proti kvapkaniu).

Charakteristickou črtou strojov s fázovým rotorom je prítomnosť vinutia vyrobeného z vodičov okrúhleho alebo obdĺžnikového prierezu na rotore, ktorého začiatok je vytiahnutý do zberných krúžkov. Zostava klzného krúžku je vytiahnutá z postele a klzné krúžky sú tienené. Zberač prúdu pozostáva z kefiek a držiakov kefiek. Ventilačný systém a stupeň ochrany navinutých rotorových motorov sú IP23 a IP44.

Rovnica mechanických charakteristík indukčného motora. jednofázový ekvivalentný obvod.

Na rozdiel od jednosmerných motorov je magnetický tok budenia trojfázového motora vytváraný striedavým prúdom vinutia a je rotujúci. Vzhľad EMF vo vinutí rotora a prúdu, a teda aj krútiaceho momentu na hriadeli, je možný, ako je známe, iba vtedy, ak existuje rozdiel medzi rýchlosťou otáčania poľa a rýchlosťou rotora, nazývaný sklz

kde ω Je rýchlosť rotora?

Mechanické vlastnosti asynchrónneho elektrického motora sú postavené vo forme sklzovej závislosti od krútiaceho momentu vyvinutého motorom s = f (M) pri konštantnom napätí a frekvencii napájacej siete.

Na získanie analytického vyjadrenia mechanických charakteristík trojfázového motora sa používa ekvivalentný obvod jednej fázy motora, keď sú vinutia statora a rotora zapojené do „hviezdy“. V ekvivalentnom obvode (obrázok 5.2) je magnetické spojenie medzi vinutím statora a rotora nahradené elektrickým a magnetizačný prúd a zodpovedajúci indukčný a aktívny odpor prezentované vo forme nezávislého obvodu pripojeného na sieťové napätie.

Ryža. 5.1. Ekvivalentný obvod jednej fázy motora.

Pre tento údaj

Uph- napätie primárnej fázy;

Ja 1- fázový prúd statora;

ja 2/ - znížený prúd rotora;

X 1 a X 2 /- primárna a sekundárna znížená reaktancia úniku;

R 0 a X 0- aktívny a reaktívny odpor magnetizačného obvodu;

s - preklz motora;

- synchrónne uhlové otáčky motora;

R 1 a R2 / - primárny a znížený sekundárny aktívny odpor;

f 1- frekvencia siete,

R Je počet dvojíc pólov.

Parametre vinutia rotora (indukčný, aktívny odpor a prúd rotora ja 2) sa znižujú na otáčky vinutia statora a na režim so stacionárnym rotorom. Ekvivalentný obvod je navyše považovaný za podmienku, že parametre všetkých obvodov sú konštantné a magnetický obvod je nenasýtený.

V súlade s daným ekvivalentným obvodom je možné získať výraz pre sekundárny prúd:

(5.2)

Krútiaci moment indukčného motora možno určiť z vyjadrenia strát

, kde

(5.3)

Nahradenie aktuálnej hodnoty ja 2/ do tohto výrazu dostaneme:

(5.4)

Vyjadrenie pre maximálny krútiaci moment:

(5.5)

Znak „+“ sa týka režimu motora (alebo protiľahlého brzdenia), znak „ -“ - regeneratívne brzdenie.

Označenie dostaneme:

(5.6)

M do- maximálny krútiaci moment (kritický moment) motora,

s do- kritický sklz zodpovedajúci maximálnemu krútiacemu momentu.

Z vzorca 5.5 je zrejmé, že pre daný sklz je krútiaci moment motora úmerný štvorcu napätia, preto je motor citlivý na kolísanie sieťového napätia.

Obrázok 5.2 ukazuje mechanické charakteristiky indukčného motora v rôznych režimoch prevádzky. Charakteristické body charakteristiky sú:

1) - rýchlosť otáčania motora sa rovná synchrónnej rýchlosti;

2) - nominálny prevádzkový režim motora;

3) - kritický moment v režime motora;

4) - počiatočný štartovací moment.

Označením multiplicity maximálneho krútiaceho momentu dostaneme:

.

Keď motor pracuje iba v režimoch štartovania a brzdenia, je to nefunkčná časť charakteristiky (hyperbola).

Keď je funkcia lineárna, jej graf je priamka, ktorá sa nazýva pracovná časť mechanických charakteristík indukčného motora. V tejto časti mechanickej charakteristiky motor pracuje v ustálenom stave. Na tej istej časti sú body zodpovedajúce nominálnym údajom motora: .

Ryža. 5-2. Mechanická charakteristika indukčného motora.