Электромеханическая и механическая характеристика АД.

Схема включения и статические характеристики асинхронного двигателя.

Асинхронные двигатели широко применяются в промышленности благодаря простоте их конструкции, надежности и низкой стоимости.

Трехфазный АД имеет обмотку статора, подключаемую к трехфазной сети переменного тока с напряжением U и частотой f, и обмотку ротора, которая может быть выполнена в двух вариантах. АД с фазным ротором (выполнение обычной трехфазной обмотки из проводников с выводами на три контактных кольца). АД с короткозамкнутым ротором – выполнение обмотки заливкой алюминия в пазы ротора (рис 5.1). Однофазная схема замещения (рис. 5.1)

Рис Схема включения АД с фазным (а), короткозамкнутым ротором (б), Г-образная однофазная схема замещения АД

 

U₁ – действующее значение напряжения, приложенного к одной фазе обмотки статора, частотой f₁;

Рис Фазное и линейное напряжения

I_μ, I₁, I’₂ – фазные токи соответственно намагничивания, обмотки статора и ротора (приведенный к числу витков обмотки статора);

R₁ – суммарное активное сопротивление фазы статора;

R'₂= R'_р + R'_2д – суммарное активное сопротивление фазы ротора, приведенное к числу витков обмотки статора. Включает в себя R'_р, – собственное сопротивление обмотки ротора (приведенное); R'_2д – добавочное активное сопротивление (приведенное).

x₁, x'₂ – индуктивные сопротивления рассеяния соответственно фазы обмотки статора, обмотки ротора (приведенное к числу витков обмотки статора);

R_μ – активное сопротивление, учитывающее потери в стали магнитной системы при перемагничивании;

x_μ – индуктивное сопротивления контура намагничивания.

           При включении статора в сеть трехфазного тока его обмотки создают магнитное поле Ф, которое вращается со скоростью n₁. Силовые линии этого поля пересекают обмотку ротора и индуктируют в ней ЭДС E₂.

Величина ЭДС пропорциональна разности скоростей поля статора и ротора:

E₂~( n₁- n)Ф (#)

По обмотке ротора под действием ЭДС E₂ потекут токи, создающие магнитное поле ротора. Магнитное поле ротора взаимодействует с вращающимся полем статора, возникает вращающийся момент. Начав движение, ротор будет «догонять» поле статора. Но у асинхронного двигателя всегда n< n₁. Иначе при равенстве исчезает ЭДС E₂, токи, и магнитное поле ротора, и начинается торможение.

Отставание ротора от магнитного поля статора называется скольжением:

=                                 (1)

Отметим, что в схеме замещения зависимость R'₂ от скольжения s не соответствует физической сущности электромагнитных процессов. В действительности от скольжения зависит индуктивное сопротивление ротора X'₂. Так, X'₂=ω₂L₂=2πf₂L₂ (*). В то же время известно, что частота f₂ ЭДС Е₂ в обмотке ротора зависит от скольжения f₂ = f₁ s. Выполненное же преобразование (деление на s) позволило составить схему замещения.

Электромеханическая и механическая характеристика АД.

           В отличие от ДПТ электромеханическая характеристика АД представляется в виде зависимости тока ротора от скольжения I'₂= f( s), а не от скорости ω. Уравнение электромеханической характеристики следует из схемы замещения:

                                                        (2)

В то же время скольжение однозначно определяет величину скорости:

Из (1)                                                                                              (3)

Поэтому при построении характеристик I'₂(s) отражается и зависимость I'₂(ω).

Рис Электромеханическая характеристика

На графике ток I₁ больше тока I'₂ в соответствии со схемой замещения на величину тока холостого хода I_μ (первый закон Кирхгофа).

           Рассмотрим характерные точки электромеханической характеристики:

1) Идеальному холостому ходу соответствует скорость вращения ротора ω= ω₀,

скольжение s=0 (ротор и поле статора вращаются синхронно), ток ротора I'₂=0, статора I₁= I_μ. Асинхронный двигатель самостоятельно обеспечить этот режим не может. Для создания режима необходимо приводить во вращение с частотой ω=ω₀  другим двигателем. На схеме замещения этому режиму соответствует разрыв цепи ротора (I'₂). 

2) Короткому замыканию (режим пуска) соответствует режим, когда ω=0, скольжение s=1, ток ротора I'₂= I'_2п, статора I₁= I_1п. Ток I_1п называется пусковым током, достигает 5-7 кратного значения от номинального тока.

, получили приняв s=1;

3) токи статора и ротора I₁, I­­­'₂ достигают своего максимального значения при минимуме знаменателя выражения (2), когда  =>

Этот режим наступает при скоростях выше синхронной ω₀, т.е. в генераторном режиме.

4) При высоких скоростях ω=±∞, s=±∞, значение тока ротора асимптотически приближается к значению

_;

Получим выражение для механической характеристики. Потери мощности в цепи ротора (потери скольжения), представляют собой разность электромагнитной и полезной механической мощности:

Потери мощности в роторе, выраженные через электрические величины:

=> , подставив в выражение ток (2) получим

Рис. Механическая характеристика АД

Для определения критического скольжения s_к и момента М_к исследуем полученную зависимость M(s) на экстремум  обнаружим две точки.

 (5) (+ в двигательном, - в генераторном)

Разделив (4) на (5) и выполнив преобразования, получим более удобную форму:

, где  - формула Клосса

Для машин средней и большой мощности можно пренебречь активным сопротивлением статора, тогда a=0 и

                                                      (6)

Кроме того, в области малых скольжений можно пренебречь s/s_к, тогда

                                                     (7)

Из (6), обозначив  как  можно получить выражения для нахождения s_к:

Формула может быть использована для определения s_к по каталожным данным.

Проанализируем особенности механической характеристики АД. Она носит нелинейный характер и состоит из двух частей. Первая – рабочая часть – в пределах скольжения от 0 до s_кд. Эта часть характеристики близка к линейной и имеет отрицательную жесткость. Здесь момент, развиваемый двигателем, примерно пропорционален токам статора и ротора. Можно использовать выражение (7).

Вторая часть механической характеристики АД при s>s_кд – криволинейная, с положительным значением жесткости. Несмотря на то, что ток двигателя по мере роста скольжения увеличивается (рис 5.3), момент, напротив уменьшается.

Из-за нелинейности механической характеристики существует несоответствие между пусковым током (5-7 кратный) и пусковым моментом (0,4-0,5 номинального). Тяжелый пуск.

Рассмотрим процесс пуска.

Пуск начинается с s=1, в начале пуска скольжение велико. Индуктивное сопротивление обмотки ротора X'₂=ω₂L₂=2πf₂L₂=2 πsf₁L₂ велико и существенно превосходит R'₂. X₂'>>R₂'.

ЭДС при этом велика, поскольку ~Ф(n₁-n)

Поэтому ток I'₂ тоже велик, но его активная составляющая мала (потому что cosφ низкий). Поэтому и момент, развиваемый двигателем мал.

2) При разгоне двигателя скольжение уменьшается, ЭДС ротора снижается, частота тока f₂ и X₂' ротора пропорционально уменьшаются.

Соответственно уменьшается полный ток ротора. Активное сопротивление становится соизмеримым с индуктивным, а затем и становится больше. Вследствие повышения cosφ, активная составляющая тока растет, возрастает и момент двигателя.

           Т.е. своеобразие механической характеристики АД определяется зависимостью индуктивного сопротивления ротора от скольжения.

---

Дата добавления: 2020-04-25; просмотров: 1915; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!