За размера на въртящия момент асинхронен двигателголямо влияние оказва фазовото изместване между тока I 2 и e. д.с. E 2S ротор.

Помислете за случая, когато индуктивността на намотката на ротора е малка и следователно фазовото изместване може да бъде пренебрегнато (фиг. 223, а).

Въртящото се магнитно поле на статора тук е заменено от полето на N и S полюсите, въртящи се, да кажем, по посока на часовниковата стрелка. Използвайки правилото на дясната ръка, определяме посоката e. д.с. и токове в намотката на ротора. Роторните токове, взаимодействайки с въртящото се магнитно поле, създават въртящ момент. Посоките на силите, действащи върху проводници с ток, се определят от правилото на лявата ръка. Както се вижда от чертежа, роторът под действието на силите ще се върти в същата посока като самото въртящо се поле, тоест по посока на часовниковата стрелка.

Помислете за втория случай, когато индуктивността на намотката на ротора е голяма. В този случай фазовото изместване между тока на ротора I 2 и e. д.с. ротор E 2S също ще бъде голям. На фиг. 223, b, магнитното поле на статора на асинхронен двигател все още е показано под формата на въртящи се по часовниковата стрелка полюси N и S. Посоката на e. д.с. остава същата като на фиг. 223, а, но поради забавянето на тока във фаза, оста магнитно полероторът вече няма да съвпада с неутралната линия на статорното поле, а ще се измести с някакъв ъгъл срещу въртенето на магнитното поле. Това ще доведе до факта, че заедно с образуването на въртящ момент, насочен в една посока, някои проводници ще създадат противоположен въртящ момент.

От това може да се види, че общият въртящ момент на двигателя по време на фазово изместване между тока и e. д.с. роторът е по-малък, отколкото в случая, когато I 2 и E 2S са във фаза. Може да се докаже, че въртящият момент на асинхронния двигател се определя само от активната компонента на тока на ротора, т.е. тока I 2 cos и че може да се изчисли по формулата:

Ф m - магнитен поток на статора (и също приблизително равен на резултантния магнитен поток на асинхронния двигател);

Фазов ъгъл между e. д.с. и фазов ток на намотката

C е постоянен коефициент.

След смяна:

От последния израз се вижда, че въртящият момент на асинхронния двигател зависи от приплъзването.

На фиг. 224 показва крива А на въртящия момент на двигателя спрямо приплъзването. От кривата се вижда, че в момента на пускане, когато s=l и n=0, въртящият момент на двигателя е малък. Това се обяснява с факта, че в момента на стартиране честотата на тока в намотката на ротора е най-висока и индуктивното съпротивление на намотката е голямо. В резултат на това cos има малка стойност (тъй като

ред 0,1-0,2). Следователно, въпреки че стартовият ток е голям, стартовият въртящ момент ще бъде малък.

При известно приплъзване S 1 въртящият момент на двигателя ще има максимална стойност. С по-нататъшно намаляване на приплъзването или, с други думи, с по-нататъшно увеличаване на скоростта на въртене на двигателя, неговият въртящ момент бързо ще намалее.

При залитане и при плъзгане s = 0 въртящият момент на двигателя също ще бъде равен на нула.

Трябва да се отбележи, че при асинхронен двигател приплъзване, равно на нула, практически не може да съществува. Това е възможно само ако роторът се захранва отвън с въртящ момент в посоката на въртене на полето на статора.

Стартов въртящ моментможе да се увеличи, ако в момента на стартиране фазовото изместване между тока и e. д.с. ротор. От формулата

може да се види, че ако при постоянно индуктивно съпротивление на намотката на ротора се увеличи активното съпротивление, тогава самият ъгъл ще намалее, което ще доведе до факта, че въртящият момент на двигателя също ще се увеличи. Това се използва на практика за увеличаване на стартовия въртящ момент на двигателя. В момента на стартиране във веригата на ротора се въвежда активно съпротивление (стартов реостат), което след това се отстранява веднага щом двигателят увеличи скоростта.

Увеличаването на началния въртящ момент води до постигане на максимален въртящ момент на двигателя с повече приплъзване (точка S 2 от крива B на ФИГ. 224). Чрез увеличаване на активното съпротивление на веригата на ротора при стартиране е възможно да се постигне, че максималният въртящ момент ще бъде в момента на стартиране (s = 1 крива C).

Въртящият момент на асинхронния двигател е пропорционален на квадрата на напрежението, така че дори малко намаляване на напрежението е придружено от рязко намаляване на въртящия момент.

Мощност P 1, подадена към намотката на статора на асинхронен двигател, е равна на:

където m 1 е броят на фазите.

Статорът на двигателя има следните загуби на енергия:

1) в намотката на статора R es. =m 1 I 1 2 r 1 ;

2) в стоманата на статора и хистерезис и вихрови токове P C .

Мощността, подадена към ротора, е мощността на въртящото се магнитно поле, наричана още електромагнитна мощност P eM.

Електромагнитната мощност е равна на разликата между мощността, подадена към двигателя, и загубите в статора на двигателя, т.е.

Разликата между Р eM и представлява електрическите загуби в намотката на ротора Р eP, ако пренебрегнем загубите в стоманата на ротора поради тяхната незначителност (честотата на повторно намагнитване на ротора обикновено е много малка):

Следователно загубите в намотката на ротора са пропорционални на приплъзването на ротора.

Ако от механична мощностразвити от ротора, извадете механичните загуби R mx, дължащи се на триене в лагерите на ротора, триене във въздуха и т.н., както и допълнителни загуби R D, възникващи при натоварване и поради разсеяни полета на ротора, и загуби, причинени от: пулсации на магнитното поле в зъбите на статора и ротора, тогава ще има полезна мощност на вала на двигателя, която обозначаваме с P 2 .

Ефективността на асинхронен двигател може да се определи по формулата:

От последния израз се вижда, че моментът на въртене на асинхронен двигател е пропорционален на произведението от големината на въртящия се магнитен поток, тока на ротора и косинуса на ъгъла между e. д.с. ротор и неговия ток,

От еквивалентната схема на асинхронен двигател се получава стойността на намаления ток на ротора, която даваме без доказателство.

Графично изразената зависимост на електромагнитния момент от приплъзването се нарича механична характеристикаасинхронен двигател (фиг. 3.3).

Ориз. 3.3. Механична характеристика на асинхронен двигател

Опростена формула за изчисляване на електромагнитния въртящ момент на асинхронен двигател (формула на Клос) може да се използва за изграждане механични характеристики

В този случай критичното приплъзване се определя по формулата

където λ m \u003d M max / M nom - капацитет на претоварване на двигателя.

При изчисляване на механичната характеристика трябва да се има предвид, че при стойности на приплъзване, надвишаващи критичната стойност, точността на изчисленията рязко намалява. Това се дължи на промяна в параметрите на еквивалентната верига на асинхронен двигател, причинена от магнитно насищане на зъбите на статора и ротора и увеличаване на честотата на тока в намотката на ротора.

Формата на механичните характеристики на асинхронния двигател до голяма степен зависи от големината на напрежението, приложено към намотката на статора U 1 (фиг. 3.4) и активното съпротивление на намотката на ротора r"2 (фиг. 3.5).

Ориз. 3.4. Влияние на напрежението U 1 относно механичните характеристики на асинхронния двигател

Данните, дадени в каталозите за асинхронни двигатели, обикновено не съдържат информация за параметрите на еквивалентната схема, което затруднява прилагането на формули за изчисляване на електромагнитния момент. Следователно, за да се изчисли електромагнитният момент, често се използва формулата

Ориз. 3.5. Влияние на резистентността r" 2 относно механичните характеристики на асинхронния двигател

Експлоатационните свойства на асинхронния двигател се определят от неговите експлоатационни характеристики: зависимостта на скоростта на въртене н 2, въртящ момент на вала М 2, ефективност и фактор на мощността cosφ 1 от полезния товар на двигателя Р 2 .

При изчисляване на параметрите за определяне на производителността на асинхронни двигатели се използва или графичен метод, базиран на изграждането на кръгова диаграма, или аналитичен метод.

Основата за извършване на всеки от методите за изчисляване на производителността са резултатите от тестове за отворена верига и късо съединение. Ако двигателят е проектиран, тогава тези данни се получават в процеса на неговото изчисляване.

При изчисляване на съпротивлението на резисторите r ext, използвани във вериги на статор или фазов ротор за ограничаване на стартовия ток или контрол на скоростта, използвайте принципа: за този конкретен асинхронен двигател, приплъзване спропорционално на активното съпротивление на роторната верига на този двигател. В съответствие с това равенството

(r 2 + rвътр.) /с= r2/sиме,

където r2- активно съпротивление на самата намотка на ротора при работна температура; с-приплъзване, когато резистор е вкаран в роторната верига със съпротивление rвътр.

От този израз получаваме формула за изчисляване на активното съпротивление на допълнителния резистор g до 6, необходимо за получаване на дадено повишено приплъзване спри дадено (номинално) натоварване:

r ext = r 2 (s/s nom - 1).

Има два метода за изчисляване на стартови реостати: графичен и аналитичен.

Графичен методпо-точен, но изисква изграждането на естествена механична характеристика и стартова схема на двигателя, което е свързано с голямо количество графична работа.

Аналитичен методизчисляването на стартовите реостати е по-просто, но по-малко точно. Това се дължи на факта, че методът се основава на предположението за праволинейност на работното сечение на естествената механична характеристика на асинхронен двигател. Но когато плъзгането е близо до критичното, това предположение причинява забележима грешка, която е толкова по-значима, колкото по-близо е началният начален въртящ момент М 1 до максимален въртящ момент М m ah. Следователно аналитичният метод за изчисление е приложим само за стойностите на началния начален въртящ момент М 1 < 0,7 М m ah .

Съпротивлението на резисторите на етапите на стартовия реостат:

трети r ext3 = r 2 (λ m - 1);

второ r ext2 = r add3 λ m;

първи r ext1 = rдобавям2 λ m,

където r 2 - активно съпротивление на фазовата намотка на ротора на асинхронния двигател,

където д 2 и аз 2nom - каталожни данни за избрания размер на двигателя.

Съпротивлението на стартовия реостат на неговите стъпала:

първо R PR1 = r ext1 + r ext2 + r ext3;

втори R PR2 = r ext2 + r ext3

трети R PR2 = r ext3.

За ограничаване на пусковия ток на асинхронни двигатели с ротор с катерицаприлагайте специални схеми за включването им с елементи, които ограничават пусковия ток. Всички тези методи се основават на намаляване на напрежението, приложено към намотката на статора. Най-широко използваните схеми с включване на резистори или дросели в линейните проводници на статора (виж фиг. 3.14, b). Изчисляването на необходимото съпротивление на тези елементи за дадено намаляване на пусковия ток a, спрямо естествената му стойност, се извършва по формулите:

за резистори с активно съпротивление

Р n =

за дросели

х L=

Импеданс на двигателя в режим на късо съединение З k, ом,

Зк = U 1 /аз П

Тук хкъм и r k - индуктивни и активни компоненти на това съпротивление

Р k = З k cosφ k ; х k =

Намаляване на изкуствения стартов момент при включване Р или Л ще бъде

α m = α 2 аз

Таблица 3.1

По този начин, ако е зададена стойността α m, която определя стойността на изкуствения стартов момент M "n, тогава да се изчислят съответните стойности Р нито x Lможете да използвате горните формули, замествайки в тях вместо α 2 аз, стойността на α m.

Електрическо съпротивлениенамотките на двигателя, посочени в каталозите, обикновено отговарят на температура от +20 °C. Но при изчисляване на характеристиките и параметрите на двигателите съпротивлението на техните намотки трябва да бъде доведено до работната температура. В съответствие с действащия стандарт работната температура се взема в зависимост от класа на топлоустойчивост електрическа изолацияприлагани в двигателя: при клас на топлоустойчивост B, работната температура е 75 ° C, а при класове на топлоустойчивост F и H - 115 ° C. Преизчисляването на съпротивлението на намотката към работната температура се извършва чрез умножаване на съпротивлението на намотката при температура 20 ° C по коефициента на нагряване k T:

r= r 20 хиляди T .

Стойностите на този коефициент се вземат в зависимост от предназначението на двигателите и техните размери (височина на оста на въртене) (Таблица 3.1).

СИНХРОННИ МАШИНИ

ОСНОВНИ ПОНЯТИЯ

Характерна особеност на синхронните машини е твърдата връзка между скоростта на ротора н 1 и AC честота в намотката на статора f 1:

н 1 = f 1 60/ Р.

С други думи, въртящото се магнитно поле на статора и ротора на синхронната машина се въртят синхронно,т.е със същата честота.

Според конструкцията си синхронните машини се разделят на изпъкнали полюси и неизпъкнали полюси. При синхронните машини с изпъкнали полюси роторът има ясно изразени полюси, върху които са разположени намотките на възбудителната намотка, захранвани постоянен ток. Характерна особеност на такива машини е разликата в магнитното съпротивление по надлъжната ос (по оста на полюсите) и по напречната ос (по оста, минаваща в междуполярното пространство). Магнитно съпротивление на статорния поток по надлъжната ос ддмного по-малко магнитно съпротивление на потока на статора напречна ос qq.В синхронните машини с невидими полюси магнитните съпротивления по надлъжната и напречната ос са еднакви, тъй като въздушната междина за тези машини по периметъра на статора е еднаква.

Дизайнът на статора на синхронна машина по принцип не се различава от статора асинхронна машина. В намотката на статора, по време на работа на машината, се индуцира ЕМП и протичат токове, които създават магнитодвижеща сила (MFS), чиято максимална стойност е

Е 1 =0,45м 1 аз 1 w 1 k rev1 / Р

Този MDS създава въртящо се магнитно поле и във въздушната междина δ машината създава магнитна индукция, чийто график на разпределение в рамките на всяко полюсно деление t зависи от конструкцията на ротора (фиг. 4.1).

За синхронна машина с изпъкнал полюс е валидно уравнението на напрежението:

Ú 1 =Ė 0 + Ė 1d+ Ė 1q+ Ė σ1 – İ 1 r 1

където Ė 0 - основната ЕМП на синхронната машина, пропорционална на главния магнитен поток на синхронната машина Е 0 ; Ė 1 d - EMF на реакцията на котвата на синхронната машина по надлъжната ос, пропорционална на MMF на реакцията на котвата по надлъжната ос Е 1d; Ė σ1 - ЕМП на реакцията на котвата по напречната ос, пропорционална на MMF на реакцията на котвата по напречната ос Е 1q; Ė σ1 - ЕМП на утечка, поради наличието на магнитен поток на утечка Е 0, стойността на тази ЕМП е пропорционална на индуктивното съпротивление на изтичането на намотката на статора х 1

Ė σ1 = йİ 1р

İ 1 r 1 - активен спад на напрежението във фазовата намотка на статора, обикновено тази стойност се пренебрегва при решаване на проблеми поради малката му стойност.

Ориз. 4.1. Графики на разпределението на магнитната индукция по напречната ос

неявен полюс ( а) и явен полюс ( b)синхронни машини:

1 - MDS график; 2 - графика на магнитната индукция

За синхронна машина с невидими полюси уравнението на напрежението има формата

Ú 1 =Ė 0 + Ė ° С- İ 1 r 1

Тук

Ė c= Ė 1 + Ė σ1

където Ė 1 - Реакционна е.д.с. на котвата на синхронна машина с имплицитни полюси. Разгледаните уравнения на напрежението съответстват на векторни диаграми на напрежението. Тези диаграми трябва да бъдат изградени, за да се определи или основната ЕДС на машината д 0 или напрежение на намотката на статора U 1. Трябва да се има предвид, че уравненията на напрежението и съответните векторни диаграми не отчитат магнитното насищане на магнитната верига на синхронна машина, което, както знаете, влияе върху стойността на индуктивните съпротивления, което ги кара да намаляване. Отчитането на това насищане е трудна задача, поради което при изчисляването на ЕМП и напреженията на синхронните машини те обикновено използват практическа диаграма EMF, който отчита състоянието на насищане на магнитната система, причинено от действието на реакцията на котвата при натоварване на синхронната машина. При конструирането на практическа диаграма на ЕМП силата на намагнитване на реакцията на арматурата не се разлага на надлъжни и напречни компоненти, следователно тази диаграма може да се използва както при изчисленията на машини с изпъкнал полюс, така и на имплицитни полюси.

При решаване на проблеми, свързани или със синхронни генератори, свързани паралелно с мрежата, или със синхронни двигатели, те използват ъглови характеристикисинхронни машини, представляващи зависимостта на електромагнитния момент М от ъгъла на натоварване θ. В този случай трябва да се помни, че в синхронните машини с изпъкнали полюси има две точки: основната М основни и реактивни М p, а в машини с невидими полюси - само основната точка:

Ъгълът на натоварване θ nom съответства на номиналния въртящ момент М наз. Максималният въртящ момент на синхронната машина определя капацитета на претоварване на синхронната машина, което е важно и за двете синхронни генераториработещи в паралел с мрежата, и за синхронни двигатели. В синхронни машини с невидими полюси максимален моментсъответства на ъгъла на натоварване θ = 90°, в машини с изпъкнал полюс θ cr< 90° и обычно составляет 60 - 80° в зависимости от соотношения основного и реактивного електромагнитни моментитази машина.

За да изчислите критичния ъгъл на натоварване, който определя капацитета на претоварване на синхронните машини с изпъкнал полюс, можете да използвате израза.