електромагнитен момент а синхронен двигателсе създава от взаимодействието на тока в намотката на ротора с въртящо се магнитно поле.
Електромагнитен момент Мпропорционално на електромагнитната мощност:
(3.40)
Ъглова синхронна скорост на въртене.
Замествайки в (3.39) стойността на електромагнитната мощност (3.33), получаваме:
, (3.41)
електромагнитният момент на асинхронен двигател е пропорционален на мощността на електрическите загуби в намотката на ротора.
Ако стойността на тока на ротора съгласно израза (3.28) се замести в (3.41), тогава получаваме формулата електромагнитен въртящ моментасинхронна машина (Nm):
(3.42)
Параметри на еквивалентна схема на асинхронна машина r 1 , r¢ 2 , x 1и x¢ 2, включени в израза (3.42), са постоянни, тъй като техните стойности остават практически непроменени при промени в натоварването на машината. Напрежението върху фазовата намотка на статора също може да се счита за постоянно. U 1и честота f1. По отношение на момента Мединствената променлива е приплъзването с, които за различни режими на работа на асинхронна машина могат да приемат различни стойности в диапазона от + ¥ до -¥ (виж фиг. 3.5).
Помислете за зависимостта на въртящия момент от приплъзването M = f(s)при U 1= const, f1= const и постоянни параметри на еквивалентната схема. Тази зависимост се нарича механична характеристикаасинхронна машина. Анализ на израз (3.42), който е аналитичен израз на механична характеристика M = f(s), показва, че за стойностите на приплъзване с= 0 и с= ¥ електромагнитен момент М= 0. От това следва, че механичната характеристика M = f(s)има максимум.
За определяне на критичното приплъзване s кр, съответстващ на максималния момент, е необходимо да се вземе първата производна на (3.42) и да се приравни на нула: . Като резултат
(3.43)
Замествайки стойността на критичното приплъзване (съгласно 3.43) в израза за електромагнитния момент (3.42), след серия от трансформации, получаваме израза за максималния момент (N m):
(3.44)
В (3.43) и (3.44) знакът плюс съответства на двигателния режим, а знакът минус на генераторния режим на работа на асинхронната машина.
За асинхронни машини с общо предназначениеактивно съпротивление на намотката на статора r1много по-малко от сумата на индуктивните съпротивления: r1< < (x 1 + x¢ 2). Следователно, пренебрегвайки стойността r1, получаваме опростени изрази за критичното приплъзване
, (3.45)
и максимален въртящ момент (N m)
(3.46)
Ориз. 3.10. Зависимост на режимите на работа на асинхронна машина от приплъзване
Анализът на израз (3.44) показва, че максимален моментима повече асинхронни машини в генераторен режим, отколкото в двигателен режим ( M max G > М maxD). На фиг. 3.4 показва механичната характеристика на асинхронна машина M = f(s)при U 1= конст. Тази характеристика показва зоните, съответстващи на различни режими на работа: двигателен режим (0< с < 1), когда электромагнитный момент Мсе върти; генераторен режим ( - ¥ < s < 0) и тормозной режим противовключением (1 < с < + ¥), когда электромагнитный момент Ме инхибиращо.
От (3.42) следва, че електромагнитният въртящ момент на асинхронен двигател е пропорционален на квадрата на мрежовото напрежение: M ≡ U 1 2. Това значително влияе върху производителността на двигателя: дори леко намаляване на мрежовото напрежение причинява забележимо намаляване на въртящия момент на асинхронния двигател. Например, когато мрежовото напрежение се намали с 10% спрямо номиналното ( U 1 = 0.9U nom) електромагнитният въртящ момент на двигателя е намален с 19%: М¢ = 0.9 2 М = 0.81М, където М— момент при номиналното напрежение на мрежата, и М¢ - въртящ момент при намалено напрежение.
За да се анализира работата на асинхронен двигател, е по-удобно да се използва механичната характеристика M = f(s),показано на фиг. 3.5.
 |
Ориз. 3.11. Зависимост на електромагнитния момент на асинхронен двигател от приплъзване
Когато двигателят е свързан към мрежата, магнитното поле на статора, без инерция, веднага започва да се върти със синхронна честота n 1, в същото време роторът на двигателя под въздействието на инерционните сили в началния момент на стартиране остава неподвижен ( n 2= 0) и плъзгане с = 1.
Замествайки фиша в (3.42). с= 1, получаваме израза за началния въртящ момент на асинхронен двигател (N m):
(3.47)
Под действието на този момент започва въртенето на ротора на двигателя, докато приплъзването намалява и въртящият момент се увеличава в съответствие с характеристиката M = f(s). При критично приплъзване s крмомент достига максималната си стойност M ma x.
С по-нататъшно увеличаване на скоростта на въртене (намаляване на приплъзването), моментът Мзапочва да намалява, докато достигне постоянна стойност, равна на сумата от противодействащите моменти, приложени към ротора на двигателя: момент XX M0и полезен момент на натоварване (въртящ момент на вала на двигателя) М 2, това е
M \u003d M 0 + M 2 \u003d M st. (3.48)
Трябва да се има предвид, че при приплъзвания, близки до единица (режим на стартиране на двигателя), параметрите на еквивалентната схема на асинхронен двигател значително променят стойностите си. Това се обяснява главно с два фактора: повишено магнитно насищане на зъбните слоеве на статора и ротора, което води до намаляване на индуктивното съпротивление на изтичане х 1и х 2, и ефектът от изместването на тока в прътите на ротора, което води до увеличаване на активното съпротивление на намотката на ротора r 2 ¢. Следователно параметрите на еквивалентната схема на асинхронен двигател, използвани при изчисляването на електромагнитния въртящ момент съгласно (3.42), (3.44) и (3.46), не могат да се използват за изчисляване на началния въртящ момент съгласно (3.47).
Статичен момент М сте равна на сумата от противодействащи моменти при равномерно въртене на ротора ( n 2= const). Да приемем, че противодействащият момент на вала на двигателя М 2съответства на номиналното натоварване на двигателя. В този случай стабилното състояние на работа на двигателя се определя от точка на механичната характеристика с координати M = M номини s = s nom,където М номи s nom— номинални стойности на електромагнитния въртящ момент и приплъзване.
От анализа на механичните характеристики също следва, че е възможна стабилна работа на асинхронен двигател с приплъзвания, по-малки от критичните (с< s кр ), т.е. в участъка OA на механичната характеристика. Факт е, че именно в тази област промяната в натоварването на вала на двигателя е придружена от съответната промяна в електромагнитния въртящ момент.
Така че, ако двигателят работи в номинален режим ( M nom; s nom), тогава моментите са равни: M nom \u003d M 0 + M 2. Ако има увеличение на въртящия момент на товара М 2до стойност M¢ 2, тогава равенството на моментите ще бъде нарушено, т.е. М ном< М 0 + М 2 , и скоростта на ротора ще започне да намалява (приплъзването ще се увеличи). Това ще доведе до увеличаване на електромагнитния въртящ момент до стойност M¢ \u003d M 0 + M¢ 2, (точка B), след което режимът на работа на двигателя отново ще се установи.
Ако по време на работа на двигателя в номинален режим въртящият момент на натоварването намалее до стойността М¢¢ 2, тогава равенството на моментите отново ще бъде нарушено, но сега въртящият момент ще бъде по-голям от сбора на противоположните: M nom > M 0 + M¢¢ 2. Скоростта на ротора ще започне да се увеличава (приплъзването ще намалее) и това ще доведе до намаляване на електромагнитния въртящ момент Мдо стойност M¢¢ \u003d M 0 + M¢¢ 2(точка C); стабилен режим на работа ще се възстанови отново, но при други стойности Ми с.
Работата на асинхронен двигател става нестабилна по време на приплъзване s³s кр. Така че, ако електромагнитният въртящ момент на двигателя M = M макс, и приплъзване s = s cr, след това дори леко увеличение на момента на натоварване М 2, което води до увеличаване на приплъзването с, ще доведе до намаляване на електромагнитния въртящ момент М. Това ще бъде последвано от допълнително увеличаване на приплъзването и така нататък, докато приплъзването достигне стойността с= 1, т.е. докато роторът на двигателя спре.
По този начин, когато електромагнитният въртящ момент достигне максималната си стойност, настъпва границата на стабилна работа на асинхронния двигател. Следователно, за стабилна работа на двигателя е необходимо сумата от моментите на натоварване, действащи върху ротора, да бъде по-малка от максималния въртящ момент: M st \u003d (M 0 + M 2)< М тах . Но за да бъде надеждна работата на асинхронния двигател и случайните краткотрайни претоварвания да не причиняват спиране на двигателя, е необходимо той да има капацитет на претоварване.
Капацитет на претоварване на двигателя λ се определя от отношението на максималния момент M максдо номинална М ном. За асинхронни двигателиобщата способност за претоварване е = 1,7 ÷ 2,5.
Трябва също да обърнете внимание на факта, че работата на двигателя при плъзгане с< s кр , т.е. в работната част на механичната характеристика, е най-икономичен, тъй като съответства на малки стойности на приплъзване и следователно на по-ниски стойности на електрически загуби в намотката на ротора P e2 \u003d sP em.
Използването на формула (3.35) за изчисляване на механичните характеристики на асинхронни двигатели не винаги е възможно, тъй като параметрите на еквивалентната верига на двигателя обикновено не са дадени в каталози и справочници, следователно за практически изчисления обикновено се използва опростена формула за въртящ момент използвани. Тази формула се основава на предположението, че активното съпротивление на намотката на статора на асинхронен двигател r1= 0, докато:
(3.49)
Критичното приплъзване се определя по формулата:
. (3.50)
Изчисляването на механичната характеристика е много по-лесно, ако се извършва в относителни единици 
. В този случай уравнението на механичната характеристика има формата:
. (3.51)
Използването на опростена формула (3.51) е най-подходящо при изчисляване на работния участък на механичната характеристика по време на плъзгане с< s кр , тъй като в този случай грешката не надвишава стойностите, разрешени за технически изчисления. При плъзгане s > s crгрешката може да достигне 15-17%.
Механични характеристики на асинхронен двигател с промени в мрежовото напрежение и активното съпротивление на намотката на ротора
От (3.42), (3.44) и (3.47) се вижда, че електромагнитният момент на асинхронния двигател, както и неговите максимални и начални стойности, са пропорционални на квадрата на напрежението, подадено към намотката на статора: M ≡ U 1 2 .В същото време анализът на израза (3.43) показва, че стойността на критичното приплъзване не зависи от напрежението U 1 .Това ни дава възможност да начертаем механичните характеристики М = f(s)за различни стойностиволтаж U 1(фиг. 3.12), от което следва, че колебанията в мрежовото напрежение U 1за него номинална стойност U 1номса придружени не само от промени в максималните и началните моменти, но и от промени в скоростта на ротора.
 |
Ориз. 3.12. Влияние на напрежението върху вида на механичната характеристика на асинхронен двигател
С намаляване на мрежовото напрежение скоростта на ротора намалява (приплъзването се увеличава). Волтаж U 1влияе върху задаването на максималния момент М тах,както и способността за претоварване на двигателя. Така че, ако напрежението U 1намаля с 30%, т.е. U 1 \u003d 0,7U nom,тогава максималният въртящ момент на асинхронния двигател ще бъде повече от наполовина:
M¢ max = 0,7 2 M max = 0.49M макс.
С колко ще намалее капацитетът на претоварване на двигателя Ако, например, при номиналното напрежение на мрежата, капацитетът на претоварване 
, тогава, когато напрежението падне с 30%, капацитетът на претоварване на двигателя 
, т.е. | двигателят не може да издържи дори номиналния товар.
Както следва от (3.44), стойността на максималния въртящ момент на двигателя не зависи от активното съпротивление на ротора r¢ 2 .Колкото до критичното приплъзване s cr,тогава, както се вижда от (3.43), то е пропорционално на съпротивлението r¢ 2 .По този начин, ако в асинхронен двигател активното съпротивление на роторната верига постепенно се увеличава, тогава стойността на максималния въртящ момент ще остане непроменена и критичното приплъзване ще се увеличи (фиг. 3.13). В този случай стартовият момент на двигателя М Пнараства с увеличаване на съпротивлението r¢ 2до някаква стойност. На фигурата това съответства на съпротивлението r¢ 2 III, при който пусковият момент е равен на максималния. С по-нататъшно увеличаване на съпротивлението r¢ 2началният въртящ момент е намален.
 |
Ориз. 3.13. Влиянието на активното съпротивление на намотката на ротора върху механичните характеристики на асинхронен двигател.
Графичен анализ М = f(s),показано на фиг. 3.13 също показва, че промените в съпротивлението на ротора r¢ 2придружено от промени в скоростта на въртене: с увеличаване r¢ 2с постоянен момент на натоварване М улприплъзването се увеличава, т.е. скоростта намалява (точки 1, 2, 3 и 4).
Влиянието на активното съпротивление на намотката на ротора върху формата на механичните характеристики на асинхронните двигатели се използва при проектирането на двигатели. Например, асинхронните двигатели с общо предназначение трябва да имат "твърда" скоростна характеристика (виж фиг. 3.11), т.е. да работят с малко номинално приплъзване. Това се постига чрез използване на роторна намотка с ниско активно съпротивление в двигателя. r¢ 2.В този случай двигателят има по-висока ефективност поради намаляването на електрическите загуби в намотката на ротора ( R e2 \u003d m 1 I¢ 2 2 r¢ 2). Избрана стойност r¢ 2трябва да осигури на двигателя необходимия начален въртящ момент.
Ако е необходимо да се получи двигател с повишена стойност на стартовия момент, активното съпротивление на намотката на ротора се увеличава. Но в същото време се получава двигател с голяма стойност на номиналното приплъзване и следователно с по-ниска ефективност.
Разгледани зависимости M \u003d f (U 1)и M = f(r 2 ")също са от голямо практическо значение при разглеждането на въпросите за стартиране и управление на скоростта на въртене на асинхронни двигатели.
Експлоатационни характеристики на асинхронен двигател
Характеристиките на асинхронен двигател (фиг. 3.14) са графично изразени зависимости на скоростта на въртене n 2, ефективност ч, полезен момент (въртящ момент на вала) М 2, фактор на мощността cosφ 1, и ток на статора аз 1, от полезна мощност R 2при U 1= const и f1= конст.
Ориз. 3.14. Експлоатационни характеристики на асинхронен двигател
скоростна характеристикаn 2 \u003d f (P 2).
Скорост на ротора на асинхронен двигател
n 2 \u003d n 1 (1-s).
Плъзгане на (3.33)
т.е. приплъзването на двигателя, а оттам и неговата скорост, се определя от съотношението на електрическите загуби в ротора към електромагнитната мощност R em.
Пренебрегвайки електрическите загуби в ротора в режим на празен ход, можем да вземем R e2= 0 и следователно s0 ≈ 0 и n 20 ≈ n 1,. С увеличаване на натоварването на вала на двигателя съотношението (8,1) нараства, достигайки стойности от 0,01 ÷ 0,08 при номинално натоварване. В съответствие с тази зависимост n 2 = f(P 2)е крива, леко наклонена към оста x.
Въпреки това, с увеличаване на активното съпротивление на ротора r¢ 2наклонът на тази крива се увеличава. В този случай се променя скоростта на въртене стр. 2по време на колебания в натоварването R 2нараства. Това се обяснява с факта, че с увеличаване r¢ 2електрическите загуби в ротора се увеличават [виж. (3.31)].
Механична производителност M 2 = f(P 2)
Зависимостта на полезния момент от вала на двигателя М 2от нетната мощност R 2се определя от израза
(3.53)
където R 2— полезна мощност, W;
е ъгловата честота на въртене на ротора.
От този израз следва, че ако n 2= const, след това графиката M 2 \u003d f (P 2)е права линия. Но в асинхронен двигател с нарастващ товар R 2скоростта на ротора намалява, а следователно и полезния момент на вала М 2с увеличаване на натоварването, той се увеличава малко по-бързо от натоварването и следователно от графиката М 2 = f(P2)има криволинеен вид.
Зависимост cosφ 1 = f(P 2)
Поради факта, че токът на статора аз 1има реактивен (индуктивен) компонент, необходим за създаване на магнитно поле в статора, факторът на мощността на асинхронните двигатели е по-малък от единица.
Най-ниската стойност на фактора на мощността съответства на режим ХХ. Това се обяснява с факта, че сегашният ХХ аз 0при всяко натоварване остава практически непроменена. Следователно при ниски натоварвания на двигателя токът на статора е малък и до голяма степен реактивен ( I 1 ≈ I 0). В резултат на това фазовото изместване на тока на статора спрямо напрежението е значително ( φ ≈ φ 0 ), само малко по-малко от 90° (фиг. 3.15).
Факторът на мощността на асинхронните двигатели в режим ХХ обикновено не надвишава 0,2. С увеличаване на натоварването на вала на двигателя, активният компонент на тока се увеличава аз 1а коефициентът на мощност нараства, достигайки най-висока стойност (0,80 ÷ 0,90) при товар, близък до номиналния.
 |
Фиг.3.15. Векторна диаграма на асинхронен двигател при слабо натоварване
По-нататъшното увеличаване на натоварването е придружено от намаляване cosφ 1, което се обяснява с увеличаването на индуктивното съпротивление на ротора ( х 2s) чрез увеличаване на приплъзването, а оттам и честотата на тока в ротора. За да се подобри факторът на мощността на асинхронните двигатели, е изключително важно двигателят винаги да работи или поне значителна част от времето с товар, близък до номиналния.
Това може да се гарантира само ако правилен избормощност на двигателя. Ако двигателят работи с недостатъчно натоварване през значителна част от времето, тогава да се увеличи cosφ 1подходящо приложено напрежение към двигателя U 1намаляване.
Например, при двигатели, работещи с триъгълник на статорната намотка, това може да стане чрез повторно свързване на статорните намотки в звезда, което ще доведе до намаляване на фазово напрежениена време. В този случай статорният магнитен поток и следователно намагнитващият ток намалява с около фактор. В допълнение, активният компонент на тока на статора се увеличава донякъде. Всичко това допринася за увеличаване на фактора на мощността на двигателя.
На фиг. 3.16 показва графики на зависимости cosφ 1асинхронен двигател от товара при свързване на намотките на статора със звезда (крива 1 ) и триъгълник (крива 2).
Ориз. 3.16. Пристрастяване cosφ 1от товара при свързване на намотката на статора със звезда (1) и триъгълник (2).
Въпроси за самопроверка
1. Обяснете принципа на работа на асинхронна машина.
2. Опишете режимите на работа на асинхронна машина.
3. Какво се нарича плъзгане на асинхронна машина?
4. Запишете уравненията на напрежението за асинхронен двигател?
5. Напишете уравненията на MMF и токовете на асинхронния двигател.
6. Начертайте еквивалентни схеми на асинхронен двигател.
7. Начертайте векторна диаграма на асинхронен двигател.
8. Какви загуби съществуват в асинхронен двигател? Начертайте енергийна диаграма на асинхронен двигател.
9. Запишете формулата за електромагнитния момент на асинхронен двигател.
10. Начертайте графика на механичната характеристика на асинхронен двигател.
11. Как се променят механичните характеристики на асинхронен двигател в зависимост от промяната на мрежовото напрежение и активното съпротивление на ротора?
12. Начертайте работните характеристики на асинхронен двигател.
Експлоатационни характеристики на асинхронен двигател
РАБОТА В ЕЛЕКТРОТЕХНИКАТА
„Ефективни характеристики на асинхронен двигател“
Въведение
Асинхронна електрическа машина е електрическа машина с променлив ток, при която скоростта на ротора не е равна на скоростта на магнитното поле на статора и зависи от товара. Използва се основно като двигател и като генератор. Статорът има жлебове, в които е поставена еднофазна или многофазна (обикновено трифазна) намотка, свързана към електрическата мрежа. Тази намотка е предназначена да създава движещо се магнитно поле, въртящо се кръгово - за трифазни машини и пулсиращо или въртящо се елиптично - за еднофазни машини. Роторът е въртяща се част от електрическа машина, също предназначена да създава магнитно поле, което, взаимодействайки с полето на статора, води до създаване на електромагнитен въртящ момент, който определя посоката на преобразуване на енергията. При генераторите този момент има спирачен характер, противодейства на въртящия момент на главния двигател, който привежда ротора в движение. При двигателите, напротив, този момент е задвижване, преодоляване на съпротивлението на механизма, задвижван от ротора.
Асинхронният генератор е асинхронна електрическа машина, работеща в генераторен режим. Допълнителен източник на електрически ток с ниска мощност и спирачно устройство (в електрическо задвижване).
Асинхронният електродвигател е асинхронна електрическа машина, работеща в двигателен режим. Най-често срещаният трифазен асинхронен електродвигател (изобретен през 1889 г. от MO Dolivo-Dobrovolsky). Асинхронните двигатели са относително прости по дизайн и надеждни при работа, но имат ограничен диапазон на скоростта и нисък коефициент на мощност при ниски натоварвания. Мощност от части от W до десетки MW.
1. Асинхронен двигател
1.1 Честота на въртене на магнитното поле и ротора
Позволявам n1е честотата на въртене на магнитното поле. Многофазна система с променлив ток създава въртящо се магнитно поле, чиято скорост на въртене в минута е n1=60f1/p, където f1 е честотата на тока, p е броят на двойките полюси, образувани от всяка фаза на статора навиване.
n2- честота на въртене на ротора. Ако роторът се върти с честота не равна на честотатавъртене на магнитното поле (n2≠n1), тогава тази честота се нарича асинхронна. В асинхронен двигател работният процес може да работи само при асинхронна честота.
По време на работа скоростта на ротора винаги е по-малка от скоростта на полето.
(n2< n1)
1.2 Принципът на работа на асинхронен двигател
В асинхронните двигатели въртящото се магнитно поле се създава от трифазна система, когато е свързана към мрежа с променлив ток. Въртящото се магнитно поле на статора пресича проводниците на намотката на ротора и индуцира в тях ЕДС. Ако намотката на ротора е затворена за някакво съпротивление или късо съединение, тогава под действието на индуцираната емф. ток минава. В резултат на взаимодействието на тока в намотката на ротора с въртящ се магнитно поленамотката на статора създава въртящ момент, под въздействието на който роторът започва да се върти в посоката на въртене на магнитното поле. За да промените посоката на въртене на ротора, е необходимо да размените всеки два от трите проводника, свързващи намотката на статора към мрежата по отношение на мрежовите клеми.
1.3 Устройството на асинхронен двигател
Ядрото на статора е набрано от стоманени плочи с дебелина 0,35 или 0,5 mm. Плочите са щамповани с жлебове и фиксирани в рамката на двигателя. Леглото е монтирано върху основата. Проводниците на неговата намотка са положени в надлъжните жлебове на статора, които са свързани помежду си, така че да се образува трифазна система. За да свържете намотките на статора към трифазна мрежа, те могат да бъдат свързани в звезда или триъгълник. Това дава възможност за включване на двигателя в мрежа с различни напрежения. За по-ниски напрежения (220/127 V) намотката на статора е свързана в триъгълник, за по-високи напрежения (380/220 V) - в звезда. Сърцевината на ротора също е изработена от стоманени плочи с дебелина 0,5 mm. Плочите се щамповат с жлебове и се сглобяват в пакети, които се монтират на вала на машината. От пакетите се оформя цилиндър с надлъжни канали, в които се полагат проводниците на намотката на ротора. В зависимост от вида на намотката на ротора могат да бъдат асинхронни машини фаза и ротор с катерица.Съпротивлението не може да бъде включено в намотка с късо съединение. Във фазовата намотка проводниците са свързани помежду си, образувайки трифазна система. намотки три фазисвързани със звезда. Намотката на ротора може да бъде късо съединение или късо съединение. Двигателите с ротор с катерица са по-прости и по-евтини, но двигателите с фазов ротор имат по-добри стартови и регулиращи свойства (те се използват при големи мощности). Мощността на асинхронните двигатели варира от няколко десетки вата до 15 000 kW при напрежение на намотката на статора до 6 kV. Недостатъкът на асинхронните двигатели е ниският фактор на мощността.
1.4 Работа на асинхронен двигател под товар
n1е честотата на въртене на магнитното поле на статора. n2- честота на въртене на ротора.
n1 >n2
Магнитното поле на статора се върти в същата посока като ротора и се плъзга спрямо ротора с честота ns= n1 – n2
Изоставането на ротора от въртящото се магнитно поле на статора се характеризира с приплъзване S= ns / n1, => S = (n1 - n2) / n1
Ако роторът е неподвижен, тогава n2=0, S=(n1 – n2) / n1, => S = n1 / n1=1
Ако роторът се върти синхронно с магнитното поле, тогава приплъзването S = 0.
При празен ход, т.е. когато няма натоварване на вала на двигателя, приплъзването е незначително и може да се приеме равно на 0. Натоварването на вала на ротора може да бъде например струг. Създава спирачен момент. Ако въртящият момент и спирачният момент са равни, двигателят ще работи стабилно. Ако натоварването на вала се е увеличило, тогава спирачният момент ще стане по-голям от въртящия момент и скоростта на ротора n2намаляване. Според формулата S = (n1 - n2) / n1приплъзването ще се увеличи. Тъй като магнитното поле на статора се плъзга спрямо ротора с честота ns= n1 – n2,тогава той ще пресича проводниците на ротора по-често, в тях ще се увеличи токът и въртящият момент на двигателя, който скоро ще стане равен на спирачния момент. Когато натоварването намалява, спирачният момент става по-малък от въртящия момент, увеличава се n2и намалява С. EMF намалява и токът на ротора и въртящият момент отново са равни на спирачния. Магнитният поток във въздушната междина на машината остава приблизително постоянен при всяка промяна в натоварването.
2. Експлоатационни характеристики на асинхронен двигател
Производителността на асинхронния двигател зависи
S - приплъзване
n2 - скорост на ротора
M - развит момент
Консумация на ток I1
P1 входна мощност
COSφ фактор на мощността
От полезната мощност P2 на вала на машината.
Тези характеристики се премахват при естествени условия. Текущата честота f1 и напрежението U1 остават постоянни. Променя се само натоварването на вала на двигателя.
С увеличаване на натоварването на вала на двигателя S се увеличава. Когато двигателят работи на празен ход n2≈n1 и S≈0. При номинално натоварване приплъзването обикновено е 3 до 5%.
С увеличаване на натоварването на вала на двигателя скоростта на въртене n2 намалява. Въпреки това, промяната в скоростта с увеличаване на натоварването от 0 до номинална е много малка и не надвишава 5%. Следователно скоростната характеристика на асинхронния двигател е твърда. Кривата има много малък наклон спрямо хоризонталната ос.
Въртящ момент М, развиван от двигателя, се балансира от спирачния момент на вала планинатаи момент М0, отивайки за преодоляване на механични загуби, т.е M \u003d Mt + M0 \u003d P2 /Ω2+ М0, където R2– полезна мощност на двигателя , Ω 2 - ъглова скорост на ротора. На празен ход M= M0.С увеличаване на натоварването въртящият момент също се увеличава и поради леко намаляване на скоростта на ротора, увеличаването на въртящия момент става по-бързо от полезната мощност на вала.
Токът I1, консумиран от двигателя от мрежата, варира неравномерно с увеличаване на натоварването на вала на двигателя. При празен ход факторът на мощността COSφ е малък. И токът има голяма реактивна съставка. При ниски натоварвания на вала на двигателя активният компонент на тока на статора е по-малък от реактивния компонент, така че активният компонент на тока има малък ефект върху тока I1. При високи натоварвания активният компонент на тока на статора става по-голям от реактивния и промяната в натоварването причинява значителна промяна в тока I1.
Графичната зависимост на мощността, консумирана от двигателя P1, е изобразена като почти права линия, леко отклоняваща се нагоре при високи натоварвания, което се обяснява с увеличаване на загубите в намотките на статора и ротора с увеличаване на натоварването.
Зависимостта на COSφ-фактора на мощността от натоварването на вала на двигателя е както следва. На празен ход СOSφ е малък, около 0,2. Тъй като активната компонента на статорния ток, поради загубите на мощност в машината, е малка в сравнение с реактивната компонента на този ток, което създава магнитен поток. С увеличаване на натоварването на вала СOSφ се увеличава, достигайки максималната стойност от 0,8–0,9, в резултат на увеличаване на активния компонент на тока на статора. При много високи натоварвания има леко намаление на COSφ, тъй като в резултат на значително увеличаване на приплъзването и честотата на тока в ротора, съпротивлението на намотката на ротора се увеличава.
Кривата на ефективност η има същата форма, както във всяка машина или трансформатор. На празен ход, ефективност = 0. С увеличаване на натоварването на вала на двигателя ефективността рязко се увеличава и след това намалява. Ефективността достига най-високата си стойност при такова натоварване, когато загубите на мощност в стоманата и механичните загуби, които не зависят от товара, са равни на загубите на мощност в намотките на статора и ротора, които зависят от товара.
Подобни резюмета:
Разновидности на асинхронни изпълнителни микродвигатели: с кух немагнитен и магнитен ротор; с късо съединена намотка като колело на катерица. Схема на полузатворен жлеб на магнитната верига. Създаване на въртящо се магнитно поле от двуфазен статор.
Устройството на трифазна асинхронна машина, нейните основни елементи, режими и принцип на работа, историята на създаването и приложението на настоящ етап. Процедурата и условията за получаване на въртящо се магнитно поле. Зависимостта на електромагнитния момент от приплъзването.
Определяне на общия инерционен момент на скоростната кутия, лебедката и натоварването, намалено към вала на двигателя. Изчисляване на съпротивителния момент, намален към вала по време на изкачване, спускане. Стойността на мощността на вала на скоростната кутия. Причината за разликата в мощността при повдигане и спускане на товара.
Изчисляване и проектиране на двигателя, избор на основни размери, изчисляване на намотката на статора. Изчисляване на размерите на зъбната зона на статора и избор на въздушна междина. Моделиране на двигателя в среда MatLab Power System Blockset, както и с номинални параметри на режима.
Основна и резервна защита на турбогенератора.
Устройство и условно изображение на синхрон трифазна машина. Разположението на полюсите на магнитното поле на статора и ротора. Зависимост на електромагнитния момент на синхронна машина от ъгъла. схемата за включване на синхронния двигател при динамично спиране.
Главна информацияза асинхронни машини (с две намотки електрически машини променлив ток). Проектиране на активни части, лагерни възли, входно устройство на асинхронен микромотор 4АА50В2, принцип на действие, области на приложение и значение.
Проектиране на трифазен асинхронен електродвигател с ротор с катерица. Избор на аналог на двигателя, размери, конфигурация, материал на магнитната верига. Определяне на коефициента на намотка на статора, механично изчисляване на вал и търкалящи лагери.
Изчисляване на асинхронен двигател с ротор с катерица. Избор на основни размери. Изчисляване на размерите на зъбната зона на статора и въздушната междина, ротора, тока на намагнитване. Параметри на режима на работа. Изчисляване на загуби, експлоатационни и пускови характеристики.
Общи сведения за асинхронните машини. Общи сведения за режимите на работа на асинхронен двигател. Аналитично и графично дефиниране на режимите на работа на асинхронна машина за реконструкция.
Характеристики на развитието на асинхронен електродвигател с ротор тип 4А160S4У3 с катерица на базата на обобщена машина. Изчисляване на математическия модел на асинхронен двигател във формата на Коши 5. Адекватност на модела на директен пуск на асинхронен двигател.
Метод за изчисляване на магнитната верига синхронен генератор, изборът на неговите размери и конфигурация, конструкцията на характеристиките на намагнитването на машината. Определяне на параметрите на намотката, извършване на топлинни и вентилационни изчисления, монтажен чертеж на генератора.
Недопустимост на множество асинхронен стартсинхронен двигател, което води до значителен спад на напрежението в захранващата система, до възникване на значителни динамични сили в челните части на намотката на статора и термично стареене на изолацията.
Построяване на диаграмата на натоварване на изпълнителния механизъм. Изборът на елементи на силовата верига. Изчисляване на механични характеристики. Оценяване на необходимостта от обратна връзка за скорост. Определяне на средната ефективност на системата. Преходни процеси в задвижването.
Обща информация за устройствата автоматично регулираневъзбуждане на синхронни машини. Фактори, влияещи върху напрежението и захранващата верига. Текущо устройство за смесване: Необходими промени в характеристиките на машина за смесване.
Магнитна верига на двигателя. Размери, конфигурация, материал. Ядро на статора, ротор и полюс. Изчисляване на магнитната верига. Въздушна междина, зъби и статор отзад. Активен и индуктивно съпротивлениестаторни намотки за стабилно състояние.
РАБОТА В ЕЛЕКТРОТЕХНИКАТА
„Ефективни характеристики на асинхронен двигател“
Въведение
асинхронен електрическа машина- това е AC електрическа машина, при която скоростта на ротора не е равна на скоростта на магнитното поле на статора и зависи от товара. Използва се основно като двигател и като генератор. Статорът има жлебове, в които е поставена еднофазна или многофазна (обикновено трифазна) намотка, свързана към електрическата мрежа. Тази намотка е предназначена да създава движещо се магнитно поле, въртящо се кръгово - за трифазни машини и пулсиращо или въртящо се елиптично - за еднофазни машини. Роторът е въртяща се част от електрическа машина, също предназначена да създава магнитно поле, което, взаимодействайки с полето на статора, води до създаване на електромагнитен въртящ момент, който определя посоката на преобразуване на енергията. При генераторите този момент има спирачен характер, противодейства на въртящия момент на главния двигател, който привежда ротора в движение. При двигателите, напротив, този момент е задвижване, преодоляване на съпротивлението на механизма, задвижван от ротора.
Асинхронният генератор е асинхронна електрическа машина, работеща в генераторен режим. Спомагателен източник електрически токниска мощност и спирачно устройство (в електрическото задвижване).
Асинхронният електродвигател е асинхронна електрическа машина, работеща в двигателен режим. Най-често срещаният трифазен асинхронен електродвигател (изобретен през 1889 г. от MO Dolivo-Dobrovolsky). Асинхронни двигателиса относително прости по дизайн и надеждни при работа, но имат ограничен диапазон на скоростта и нисък фактор на мощността при леки натоварвания. Мощност от части от W до десетки MW.
1. Асинхронен двигател
1.1 Честота на въртене на магнитното поле и ротора
Позволявам н 1 е честотата на въртене на магнитното поле. Многофазна система с променлив ток създава въртящо се магнитно поле, чиято скорост на въртене в минута е n1=60f1/p, където f1 е честотата на тока, p е броят на двойките полюси, образувани от всяка фаза на статора навиване.
н 2 - честота на въртене на ротора. Ако роторът се върти с честота, различна от честотата на въртене на магнитното поле (n2≠n1), тогава тази честота се нарича асинхронна. В асинхронен двигател работният процес може да работи само при асинхронна честота.
По време на работа скоростта на ротора винаги е по-малка от скоростта на полето.
( н 2< н 1)
1.2 Принципът на работа на асинхронен двигател
В асинхронните двигатели въртящото се магнитно поле се създава от трифазна система, когато е свързана към мрежа с променлив ток. Въртящото се магнитно поле на статора пресича проводниците на намотката на ротора и индуцира в тях ЕДС. Ако намотката на ротора е затворена за някакво съпротивление или късо съединение, тогава под действието на индуцираната емф. ток минава. В резултат на взаимодействието на тока в намотката на ротора с въртящото се магнитно поле на намотката на статора се създава въртящ момент, под въздействието на който роторът започва да се върти в посоката на въртене на магнитното поле. За да промените посоката на въртене на ротора, е необходимо да размените всеки два от трите проводника, свързващи намотката на статора към мрежата по отношение на мрежовите клеми.
1.3 Устройството на асинхронен двигател
Ядрото на статора е набрано от стоманени плочи с дебелина 0,35 или 0,5 mm. Плочите са щамповани с жлебове и фиксирани в рамката на двигателя. Леглото е монтирано върху основата. Проводниците на неговата намотка са положени в надлъжните жлебове на статора, които са свързани помежду си, така че да се образува трифазна система. За свързване на намотките на статора към трифазна мрежате могат да бъдат свързани звезда или триъгълник. Това дава възможност за включване на двигателя в мрежа с различни напрежения. За по-ниски напрежения (220/127 V) намотката на статора е свързана в триъгълник, за по-високи напрежения (380/220 V) - в звезда. Сърцевината на ротора също е изработена от стоманени плочи с дебелина 0,5 mm. Плочите се щамповат с жлебове и се сглобяват в пакети, които се монтират на вала на машината. От пакетите се оформя цилиндър с надлъжни канали, в които се полагат проводниците на намотката на ротора. В зависимост от вида на намотката на ротора асинхронни машиниможе да бъде с фаза и късо съединение ротор.Съпротивлението не може да бъде включено в намотка с късо съединение. Във фазовата намотка проводниците са свързани помежду си, образувайки трифазна система. Намотките на трите фази са свързани със звезда. Намотката на ротора може да бъде късо съединение или късо съединение. Двигателите с ротор с катерица са по-прости и по-евтини, но двигателите с фазов ротор имат по-добри стартови и регулиращи свойства (те се използват при големи мощности). Мощността на асинхронните двигатели варира от няколко десетки вата до 15 000 kW при напрежение на намотката на статора до 6 kV. Недостатъкът на асинхронните двигатели е ниският фактор на мощността.
1.4 Работа на асинхронен двигател под товар
н 1 е честотата на въртене на магнитното поле на статора. н 2 - честота на въртене на ротора.
н 1 > н 2
Магнитното поле на статора се върти в същата посока като ротора и се плъзга спрямо ротора с честота н с = н 1 – н 2
Изоставането на ротора от въртящото се магнитно поле на статора се характеризира с приплъзване С = н с / н 1, => С = ( н 1 – н 2) / н 1
Ако роторът е неподвижен, тогава н 2 =0, С = ( н 1 – н 2) / н 1, => С = н 1 / н 1 =1
Ако роторът се върти синхронно с магнитното поле, тогава приплъзването S = 0.
При празен ход, т.е. при липса на натоварване върху вала на двигателя, приплъзването е незначително и може да се приеме равно на 0. Натоварването върху вала на ротора може да бъде например резец струг. Създава спирачен момент. Ако въртящият момент и спирачният момент са равни, двигателят ще работи стабилно. Ако натоварването на вала се е увеличило, тогава спирачният момент ще стане по-голям от въртящия момент и скоростта на ротора н 2 намаляване. Според формулата С = ( н 1 – н 2) / н 1 приплъзването ще се увеличи. Тъй като магнитното поле на статора се плъзга спрямо ротора с честота н с = н 1 – н 2, тогава той ще пресича проводниците на ротора по-често, в тях ще се увеличи токът и въртящият момент на двигателя, който скоро ще стане равен на спирачния момент. Когато натоварването намалява, спирачният момент става по-малък от въртящия момент, увеличава се н 2 и намалява С . EMF намалява и токът на ротора и въртящият момент отново са равни на спирачния. Магнитният поток във въздушната междина на машината остава приблизително постоянен при всяка промяна в натоварването.
2. Експлоатационни характеристики на асинхронен двигател
Производителността на асинхронния двигател зависи
S - приплъзване
n2 - скорост на ротора
M - развит момент
Консумация на ток I1
P1 входна мощност
COSφ фактор на мощността
От полезната мощност P2 на вала на машината.
Тези характеристики се премахват при естествени условия. Текущата честота f1 и напрежението U1 остават постоянни. Променя се само натоварването на вала на двигателя.
С увеличаване на натоварването на вала на двигателя S се увеличава. Когато двигателят работи на празен ход n2≈n1 и S≈0. При номинално натоварване приплъзването обикновено е 3 до 5%.
С увеличаване на натоварването на вала на двигателя скоростта на въртене n2 намалява. Въпреки това, промяната в скоростта с увеличаване на натоварването от 0 до номинална е много малка и не надвишава 5%. Ето защо, скоростна характеристикаиндукционният двигател е труден. Кривата има много малък наклон спрямо хоризонталната ос.
Въртящ момент М, развиван от двигателя, се балансира от спирачния момент на вала планинатаи момент М 0 , отивайки за преодоляване на механични загуби, т.е M= Mt + M 0 =P 2 /Ω 2 + М 0 , където Р 2 – полезна мощност на двигателя , Ω 2 - ъглова скорост на ротора. На празен ход М=М 0. С увеличаване на натоварването въртящият момент също се увеличава и поради леко намаляване на скоростта на ротора, увеличаването на въртящия момент става по-бързо от полезната мощност на вала.
Токът I1, консумиран от двигателя от мрежата, варира неравномерно с увеличаване на натоварването на вала на двигателя. При празен ход факторът на мощността COSφ е малък. И токът има голяма реактивна съставка. При ниски натоварвания на вала на двигателя активният компонент на тока на статора е по-малък от реактивния компонент, така че активният компонент на тока има малък ефект върху тока I1. При високи натоварвания активният компонент на тока на статора става по-голям от реактивния и промяната в натоварването причинява значителна промяна в тока I1.
Графичната зависимост на мощността, консумирана от двигателя P1, е изобразена като почти права линия, леко отклоняваща се нагоре при високи натоварвания, което се обяснява с увеличаване на загубите в намотките на статора и ротора с увеличаване на натоварването.
Зависимостта на COSφ-фактора на мощността от натоварването на вала на двигателя е както следва. На празен ход СOSφ е малък, около 0,2. Тъй като активната компонента на статорния ток, поради загубите на мощност в машината, е малка в сравнение с реактивната компонента на този ток, което създава магнитен поток. С увеличаване на натоварването на вала СOSφ се увеличава, достигайки максималната стойност от 0,8–0,9, в резултат на увеличаване на активния компонент на тока на статора. При много високи натоварвания има леко намаление на COSφ, тъй като в резултат на значително увеличаване на приплъзването и честотата на тока в ротора, съпротивлението на намотката на ротора се увеличава.
Кривата на ефективност η има същата форма, както във всяка машина или трансформатор. На празен ход, ефективност = 0. С увеличаване на натоварването на вала на двигателя ефективността рязко се увеличава и след това намалява. Най-голяма стойностЕфективността се достига при такова натоварване, когато загубите на мощност в стоманата и механичните загуби, които не зависят от товара, са равни на загубите на мощност в намотките на статора и ротора, които зависят от товара.
Електромагнитен момент
.
Завършено механична мощностдвигател
се създава в резултат на въртене на ротора с ъглова скорост ω 2 под действието на момента M em т.е.
P fur \u003d M em ω 2 (2.19)
Тази мощност може да се определи от еквивалентната схема като електроенергия, което се откроява върху условното съпротивление на натоварване R добре ", умножено по броя на фазите на статора:
P кожа = m 1 (I 2 ") 2 R 2 " (1-s) / s (2,20)
Въз основа на (2.19) и (2.20), като вземем предвид (2.8), можем да напишем
M em \u003d (m 1 (I 2 ") 2 R 2 " / s) / ω 1 (2.21)
При изчисляване на момента по формулата (2.21), токът аз 2"се определя от еквивалентната схема (фиг. 2.10) за съответното приплъзване.
Формула (2.21) може да се преобразува, като в нея се замени изразът за тока аз 2", получени при определени предположения от еквивалентната схема
M em \u003d (m 1 U 1 R 2 "/s) / ω 1 ((R 1 + CR 2 / s) 2 + (x 1 + Cx 2") 2) (2.22)
Коефициент ° С, който влиза във формула (2.22), е модулът комплексен коефициент ОТ
= 1 + (z 1 /zм)който се появява по време на трансформацията. Предположението е да се вземе предвид само модулът на коефициента ОТ
, защото неговият аргумент в реални машини е много малък. В реални машини (с изключение на микромашини) ОТ
= 1,03–1,08 и при качествен анализпонякога вземете ОТ
=
1.
Изразът (2.21) може също да се трансформира чрез изразяване на активния спад на напрежението в ротора I 2 "R 2" / sчрез ЕМП въз основа на формули (2.15) и (2.16)
I 2 "R 2" /s \u003d E 2 "cos ψ 2 (2.23)
Замествайки (2.23) в (2.21) и извършвайки трансформации, като вземем предвид (2.18) и (2.12), получаваме
M em \u003d k F m I 2 "cos ψ 2 (2.24)
където к- конструктивен коефициент.
Както се вижда от (2.24), електромагнитният момент е право пропорционален на основния магнитен поток F mи активната съставка на тока на ротора аз 2" cos ψ 2.
Формулите за въртящ момент (2.21), (2.22) и (2.24) са получени за режима на двигателя, но те са валидни и за други режими, като се вземат предвид знакът и диапазонът на стойностите на приплъзване с. Зависимостта на електромагнитния въртящ момент от приплъзването е представена графично на фиг. 2.11 (плътна линия).
Този тип характеристика се обяснява лесно с помощта на формули (2.24), (2.15) и (2.16). С увеличаване на приплъзването токът на ротора аз 2непрекъснато нараства, но става все по-индуктивен - намалява cos ψ 2тъй като честотата на токовете в ротора се увеличава и съответно индуктивното му съпротивление. В резултат на това активният компонент на тока на ротора и съответно електромагнитният въртящ момент първо се увеличават и след това започват да намаляват.
Плъзгането, при което моментът достига максималната стойност M max, се нарича критично и се означава с scr. За да се определи scr, е необходимо, като се използва израз (2.22), да се вземе производната dM em /dsи го приравнете към нула. Решението на полученото уравнение има формата
s cr \u003d ±C R 2 " / √ (R 1 " + 2) (2,25)
Като вземем в първото приближение C 1 ≈ 1 и R 1 ≈ 0, получаваме
s cr = ±R 2 " /(х 1+x2") (2.26)
Повечето асинхронни двигатели изискват висока ефективност. Следователно, активното съпротивление на намотките, по-специално R 2, което определя нивото на електрическите загуби в ротора, са склонни да бъдат малки. В този случай критичното приплъзване е в диапазона .
Заменяме (2.25) в (2.22) и получаваме израза за максималния момент:
M max = ± m 1 U 1 2 /2 ω 1 C [± R 1 + √(R 1 2 +(x 1 + Cx 2) 2)] (2.27)
Знакът "+" се отнася за двигателен режим, "-" - за генераторен режим.
Както можете да видите, максималният момент е пропорционален на квадрата захранващо напрежение, не зависи от активното съпротивление на роторната верига R2и възниква с колкото по-голямо е приплъзването, толкова по-голямо е активното съпротивление на веригата на ротора (фиг. 2.11, пунктирана линия, R2B >R2A).
Стартов въртящ моментдвигател M pсе определя от израз (2.22) за s=1. Значение M pпропорционално на квадрата на захранващото напрежение и нараства с увеличаване R2(виж фиг. 2.11), достигайки максимум при s cr =1.
Номиналното приплъзване snom, съответстващо на номиналния въртящ момент Mnom, се увеличава с увеличаване на R 2 . Това е придружено от увеличаване на електрическите загуби в роторната верига и намаляване на ефективността. За асинхронни двигатели с ниско критично приплъзване S nom = 0,02 - 0,06.
Уравнение на равновесието на моментите на вала на двигателя.
Електромагнитният момент, разработен от двигателя, преодолява момента на натоварване M n, приложен към вала на двигателя, и собствения момент на съпротивление на двигателя M 0 (момент на празен ход), определен от механични и допълнителни загуби в двигателя. Полученият момент определя стойността и знака на ускорението на ротора:
dω / dt \u003d (M em - M 0 - M n) / J (2,28)
Където Дж- инерционният момент на въртящите се части - ротора и товара.
Това е диференциално уравнение на движение на електрическо задвижване, състоящо се от двигател и товар, преобразувано във формата
M em \u003d M 0 + M n + J (dω / dt) (2.29)
Наречен уравнението на равновесието на моментите на вала на двигателя.
В това уравнение:
M 0 + M n \u003d M st- статичен момент на съпротивление,
J(dω/dt)= M дине динамичният момент на съпротива.
Електромагнитен момент М ъъъминус момент M0наричат полезен или въртящ момент на вала и обозначават М2. От уравнения (2.28) и (2.29) следва, че:
1) ако М ъъъ = М ул, тогава dω/dt = 0, ω
= const т.е. двигателят работи в стационарен (статичен) режим, докато М2 = M n;
2) ако М ъъъ> М ул, тогава ъгловата скорост на ротора се увеличава, т.е. двигателят работи в преходен (динамичен) режим;
3) ако М ъъъ< М ул, тогава ъгловата скорост на ротора намалява, т.е. двигателят работи в преходен режим.
AT общ случайПри съставянето на уравнението за равновесие на моментите трябва да се вземат предвид знаците на моментите, които се определят от посоката на действие на моментите по отношение на положителната посока на въртене. Ако двигателят генерира електромагнитен въртящ момент, действащ в положителна посока, тогава въртящият момент се счита за положителен ( М ъъъ> 0). Ако двигателят премине в спирачен режим, неговият въртящ момент започва да действа в обратна посока ( М ъъъ< 0).
Статичните моменти на съпротивление, създадени от работния механизъм и предавателното устройство, са два вида: реактивни и активни. Реактивните моменти на съпротивление винаги са насочени срещу посоката на въртене, т.е. са инхибиторни ( М ул< 0). К реактивным
моментам относятся моменты сил трения, в том числе в самом двигателе, моменты
сопротивления при резании металла на обрабатывающих станках и т.д. Активный момент
всегда действует в одном и том же направлении, независимо от направления вращения,
т.е. может либо препятствовать движению (М ул> 0), или допринесете за него ( М ул< 0). К активным
моментам относятся моменты сил тяжести, сил упругости пружин и т.д.
Механични характеристики.
Уравнението на естествената механична характеристика на асинхронен двигател е изразът (2.21) или (2.22) с приплъзването S, заменено с ъгловата скорост ω 2съгласно (2.8) за U 1 = конст. Характеристичната графика е показана на фиг. 2.12, а.
Фиг.2.12
Нека оценим механичната характеристика по отношение на стабилност, твърдост и линейност.
Счита се, че двигателят при отворено задвижване работи стабилно, ако след отстраняване на смущението той автоматично се връща към първоначалната работна точка на механичната характеристика. Механична характеристикадвигател е зависимостта на ъгловата скорост на ротора от електромагнитния въртящ момент: ω 2 \u003d f (M em).Механичната характеристика на товара е зависимостта на статичния момент на съпротивление на вала на двигателя от ъгловата скорост: M st \u003d f (ω 2).
Теоретично стационарната работа на двигателя е възможна в точки A 1и А 2, където М ъъъ=М ст.А. Оставете двигателя да работи с товар M st.A \u003d constв точката A 1и се появява смущение, водещо до увеличаване на ъгловата скорост??. След това двигателят генерира въртящ момент, съответстващ на точката A 1", а товарът е моментът на съпротивление, съответстващ на точката A 1. При което М ъъъ<М ул, в съответствие с уравнението на моментното равновесие, ъгловата скорост ω 2намалява и двигателят се връща към точката A 1. Връщане към точката A 1ще възникне и при отрицателно увеличение на скоростта (точка A 1""). Ако двигателят работи с товар в точка А 2, тогава със смущение, водещо до увеличаване на скоростта, двигателят създава въртящ момент, съответстващ на точката А 2", а товарът е моментът на съпротивление, съответстващ на точката А 2. При което М ъъъ>М ули ъгловата скорост продължава да нараства, двигателят се отдалечава от точката А 2. Връщане към точката А 2не се случва дори при отрицателно увеличение на скоростта (точка А 2""). В този случай скоростта ще продължи да намалява, докато двигателят спре.
Следователно, в точката A 1двигателят работи стабилно и в точката А 2- нестабилен. В общия случай формален признак за стабилна работа на двигателя е неравенството
(dM em /dω 2)< (dM ст /dω 2) (2.30)
С момент на натоварване, който не зависи от скоростта, т.е. при M st \u003d минуси t, това неравенство приема формата
(dω 2 /dM em)< 0 (2.31)
Въз основа на концепцията за стабилността на двигателя при отворено задвижване е обичайно да се нарича механичната характеристика на двигателя стабилна, ако осигурява стабилна работа на двигателя при M st \u003d const.
Ако използваме формалния критерий за стабилност (2.31), тогава е лесно да покажем, че за M st \u003d constстабилна работа на двигателя се осигурява само в зоната от ω 1преди ω 2cr. Парцел от ω 2crдо 0 е нестабилен. Работният диапазон на моменти и скорости на електрозадвижванията с асинхронни двигатели се избира в рамките на стабилната част от механичните характеристики на двигателя. Номинална точка на натоварване М номе разположен върху работната зона по такъв начин, че капацитетът на претоварване K m \u003d M max / M nom \u003d 1,7 -3,5. С ниско съпротивление на ротора R2критична скорост ω 2cr \u003d (0,8 - 0,9) ω 1и работната зона е трудна. Механичната характеристика като цяло е нелинейна, но работната й зона е близка до линейната.
В рамките на работната зона двигателят се саморегулира. Увеличаването на момента на съпротивление на вала на двигателя от М ст.впреди М ст.своди до намаляване на ъгловата скорост на ротора от ω 2vпреди ω 2s, увеличаване на ЕМП и тока, индуциран в ротора от въртящо се поле, и съответно увеличаване на електромагнитния момент до стойност, равна на новата стойност на момента на съпротивление (преход от точката ATточно ОТвърху механичната характеристика).
Експлоатационни характеристики
.
Характеристиките на асинхронния двигател са зависимостите от ъгловата скорост на ротора ω 2, полезен момент М 2, ефективност η
, фактор на мощността cos φ 1(φ 1- фазово изместване между U 1и аз 1) и ток на статора аз 1от полезна мощност P2 при U 1 = U nomи f1 = f ном(Фиг. 2.12, b). Характеристиките на производителността могат да бъдат взети експериментално или изчислени с помощта на еквивалентна схема.
При превключване от x.x. (двигателят не е натоварен) до номиналния режим на натоварване, ъгловата скорост на ротора леко намалява, т.к. ω 2 \u003d (1 - s) ω 1, а S ном, както беше отбелязано, е единица процент. Съответно, полезен момент M 2 \u003d P 2 / ω 2нараства по закон, близък до линейния. Промяната в тока на статора се определя от реакцията на ротора; относително голямата стойност на тока на празен ход се дължи на наличието на въздушна междина. Текущи x.x. предимно индуктивен и съответно нисък cos φ 10- около 0,1 - 0,2. С увеличаване на натоварването консумираната активна електрическа мощност се увеличава и cos φ 1расте - максималната му стойност достига 0,7 - 0,9. Токът запазва активно-индуктивен характер ( φ 1>0) и захранващата мрежа е натоварена с реактивен ток. Ефективност на двигателя η \u003d R 2 / R 1, където R 1- активна електрическа мощност, консумирана от двигателя. Със симетрична мощност R 1 \u003d m 1 U 1 I 1 cos φ 1, където U 1, аз 1– фазово напрежение и ток. Зависимост на ефективността от мощността P 2 \u003d P 1 -Δp e -Δp m -Δp кожаима същия вид като трансформатора, т.к в двигателя загубите също се разделят на постоянни и променливи загуби. За машини с малка и средна мощност, максималната стойност на ефективността η
= 0,7 - 0,9, докато по-ниските стойности се отнасят за двигатели с по-ниска мощност, които имат относително по-високо активно съпротивление на намотките.
