Механическая характеристика асинхронного

Двигателя

Для устойчивой работы двигателя важно, чтобы автоматически устанавливалось равновесие вращающего и тормозного моментов; с увеличением нагрузки на валу двигателя должен соответственно воз­растать и вращающий момент. Это уравновешивание у работающе­го асинхронного двигателя осуществляется следующим образом: при увеличении нагрузки на валу тормозной момент оказывается боль­ше вращающего момента, вследствие чего частота вращения ротора уменьшается — скольжение возрастает. Повышение скольжения вызывает увеличение вращающего момента, и равновесие моментов восстанавливается при возросшем скольжении. Однако зависимость вращающего момента от скольжения довольно сложна. Действитель­но, в уравнении вращающего момента (14.27) все три величины /₂, Ф_в и cos<£₂зависят от скольжения.

Ток ротора 1₂ с возрастанием скольжения быстро увеличивается вследствие увеличения ЭДС Е₂, пропорциональной скольжению. Сначала, пока индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ро­тора 5U)L_pac2мало по сравнению с ее активным сопротивлениемR_b2 (см. рис. 14.15), значение тока при увеличении скольжения возрас­тает быстро, а затем, когдаswL_pac2^ Д_в2, — все медленнее. Коэффи­циент мощности цепи ротора

cos — i

V^й В2 + (*wL_pac2)²

вследствие возрастания скольжения уменьшается сначала медлен­но, а потом все быстрее.

Полезно пояснить физические условия, определяющие влияние cos^₂на вращающий момент. Для этого обратимся к идеальным ус­ловиям — предположим, что coscp₂= 0, т.е. примем, что обмотка ро­тора обладает только индуктивным сопротивлением. В таких усло­виях токи в обмотке ротора будут иметь наибольшее значение в тех
проводах, в которых в данный момент времени ЭДС, индуктирован­ная вращающимся полем статора, равна нулю (рис. 14.21). Ток дос­тигает максимального значения там, где индукция вращающегося магнитного поля отсутствует, а силы F, действующие на остальные провода ротора, будут взаимно уравновешиваться и вращающий момент на валу двигателя будет равен нулю (рис. 14.21).

В реальных условиях цепь ротора обладает и индуктивным, и ак­тивным сопротивлениями, причем первое изменяется пропорцио­нально скольжению, что соответственно сказывается на вращающем моменте машины. От скольжения зависит и главный поток машины Ф_в, хотя и в меньшей мере. С увеличением скольжения возрастает ток статора, а следовательно, уменьшаются ЭДС [см. (14.11а)]

—Е_г = и_г — Z_oC)lI_x и пропорциональный ей магнитный поток Ф_в, так как [см. (14.10а)]

Ф_в = Е^АМ/щКсл-

В выражении момента (14.27) три величины зависят от скольже­ния, причем одна из них (/₂) увеличивается с ростом скольжения, а две другие — Ф_в и coscp₂^— убывают. Следовательно, определенному значению скольжения, называемому критическим скольжениемs_Kp, должно соответствовать максимальное значение вращающего момен­та. Чтобы определить условия максимума момента на валу через па­раметры машины, обратимся к выражению момента (14.25), в кото­ром /₂ определим из схемы замещения фазы статора (см. рис. 14.18, а) без учета тока холостого хода /_1х;

М _ ЗР.______________________________ (14 28)

^вх и* (Д_в1 + /sf + (Х_рас1 + Х'_рж2)²*

Возьмем первую производную от выражения вращающего момен­та (14.28) по скольжению и приравняем ее нулю:

 

dMвр __                                          Дв2 ~ ^g2[ Дв1 + (^pacl + ^pac2)²]₌ q ^ 29)

ds ы ¹"² [(R_Bls + R'_b2)²+s²(X_pdCl+X'^f f

Нулю может быть равен только числитель этого выражения, сле­довательно, критическое скольжение, соответствующее максимуму момента, будет

Дв2

^кр — i

4R Bl + (^pacl + -^рас2)

(знак минус относится к работе машины в режиме генератора). Так как реальное значение составляет не более 5 % значения подко­ренного выражения, то можно этой величиной пренебречь и считать, что критическое скольжение, выраженное через приведенные пара­метры цепи ротора по (14.18),

*_кр = ± ^R'l\,■                                   (14.30)

^Apacl ' ^Арас2

Если заменимR'_b2= kR_B2, Х'_рж2 = kX_p._Ac2, x_pacl/k =X^_dcbто полу­чим выражение s_Kpчерез составляющие сопротивления i?_B2, Х_рас2 ро­тора и Х_рас1 — индуктивное сопротивление рассеяния фазной обмот­ки статора, приведенное к числу фаз, витков и обмоточному коэф­фициенту ротора:

*к_Р = ±_у№^R:\•                                (i4.3i)

^pacl ' ^Арас2

Индуктивность рассеяния обмоток ротора относительно велика, так как провода лежат в пазах сердечника, поэтому максимальный момент двигателя обычно соответствует весьма небольшим сколь­жениям, а именно 4 % у двигателей большой мощности и до 14 % у двигателей малой мощности.

Характерная зависимость вращающего момента двигателя от скольжения показана на рис. 14.22. Максимум вращающего момен­та разделяет график вращающего момента на устойчивую часть — отs = 0 до s_Kp— и неустойчивую часть — от s_Kpдоs = 1, в пределах которой вращающий момент уменьшается с ростом скольжения.

У работающего двигателя динамическое равновесие моментов ав­томатически восстанавливается при увеличении скольжения, пока тормозной момент на валу меньше максимального вращающего мо­мента двигателя. Но когда тормозной момент достиг значения мак­симального момента двигателя, тогда при дальнейшем увеличении нагрузки возрастание скольжения будет лишь уменьшать вращаю­щий момент: таким образом, динамическое равновесие, нарушенное
увеличением нагрузки, не восстанавливается и вследствие преобла­дания тормозного момента двигатель останавливается.

Выразим теперь максимальный вращающий момент через пара­метры двигателя, для этого подставим выражение критического скольжения (14.30) в уравнение момента (14.28).

Пренебрегая значением величиныR_Blпо сравнению со значени­ем величины (Х_рж1 Х_рас2), получим выражение максимального мо­мента асинхронного двигателя в следующей простой форме:

⁽¹⁴³²⁾

Максимальный момент определяет перегрузочную способность асинхронного двигателя. Выражение (14.32) показывает, что М_вртах не зависит от активного сопротивления цепи ротора, в то же время согласно (14.30) и (14.31) критическое скольжение пропорциональ­но этому сопротивлению. Следовательно, увеличивая активное со­противление цепи ротора, можно увеличивать критическое сколь­жение, не изменяя максимальный момент. Эта возможность исполь­зуется для улучшения пусковых условий в двигателях с фазным ротором.

То обстоятельство, что максимальный вращающий момент про­порционаленUijделает асинхронный двигатель весьма чувствитель­ным к снижению напряжения питающей его сети. При значитель­ном снижении напряжения U_xвращение двигателя при пуске в ход может не начаться. У типовых асинхронных двигателей максималь­ный момент больше номинального в 2 —2,5 раза.

У некоторых двигателей зависимость M_Bp(s) на участке s_Kp<s < 1 имеет провал (показан на рис. 14.22 штриховой линией), вызван­ный высшими гармоническими составляющими зубцовых полей.

Как показывает кривая на рис. 14.23, частота вращения асинхронного двига­теля лишь незначительно снижается при увеличении вращающего момента в пределах от нуля до максимального значения, т. е. механическая характери­стика двигателя в этом случае жесткая.

Обычно в номинальном режиме ра­боты двигателя тормозной момент в 2 — 3 раза меньше максимального вращаю­щего момента М_вртах.

При длительной перегрузке (М_тор>> М_вртах) двигатель останавливается.

Механическая характеристика, от­носящаяся к нормальным рабочим ус- Рис. 14.23 ловиям двигателя, называется есте­
ственной механической характеристикой в отличие от искусствен­ной механической характеристики, какой является, например, ха­рактеристика двигателя с фазным ротором, у которого в цепь рото­ра включен реостат.

---

Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 359; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!