Для двигунів малої потужності
(3.23)
для двигунів середньої та великої потужності
(3.23а)
Для двигунів великої потужності опір обмотки статора невеликий. Тому практично R1<< Хк та a sкр<< 1. З урахуванням цього рівняння механічної характеристики прийме ще більш простий вигляд (рівняння Клосса):
(3.24)
Природна механічна характеристика асинхронного двигуна (при U = Uном, f1= fном, R2 = R2вт), що відповідає рівнянням (3.19), (3.22) та (3.24), наведена на рис. 3.4, де w та s зв'язані залежністю (3.13).
Ділянка характеристики від s = 0 до s = sкр називається стійкою частиною характеристики. На цій ділянці від М = 0 до М = Мном величина s << sкр. Тому у рівнянні (3.24) відношенням s = sкр можна зневажити. Тоді рівняння цієї частини механічної характеристики прийме вигляд рівняння прямої лінії
M = (2 Mкр / sкр) s. (3.24а)
Ділянка характеристики від sкр до s = 1 (або від Мкр до Мк) використовується лише в процесі пуску двигуна і називається нестійкою частиною характеристики.
Пускові властивості асинхронного двигуна оцінюються значеннями початкового пускового моменту Мпуск та початкового пускового струму І1пуск при s = 1. Для двигунів із короткозамкненим ротором у каталогах указуються кратності пускового моменту Мпуск/Мном та струму I1пуск / Iном. Звичайно пусковий момент серії краново-металургійних двигунів Мпуск = (2,3 ¸ 3,0) Мном, а двигунів загального призначення Мпуск = (1,0 ¸ 1,9) Мном. Пусковий струм краново-металургійних двигунів перевищує номінальний у 3 – 6 разів, двигунів загального призначення в 4 – 7 разів.
|
|
|
Відсутність пропорційності між моментом і струмом у пусковій області характеристики пояснюється значним зниженням коефіцієнта потужності (див. рис. 3.3).
Щоб поліпшити пускові характеристики на основі (3.15) та (3.21), необхідно на час пуску збільшити активний опір обмотки ротора і за рахунок цього підвищити обертальний момент і знизити пусковий струм.
Для двигунів з фазним ротором, які мають контактні кільця на роторі, це здійснюється за рахунок вмикання додаткового зовнішнього опору реостата (див. рис. 3.1, а), який у процесі пуску зменшують. У зв'язку з такою можливістю значення Мпуск / Мном та І1пуск/ Іном для двигунів з фазним ротором у каталогах не наводяться.
Для підвищення пускового моменту та зниження пускового струму двигунів з короткозамкненим ротором у спеціальних серіях ротор виконують з глибоким пазом або подвійною «білячою кліткою». При пуску двигуна виникає поверхневий ефект витискання струму в пазу ротора, що еквівалентно збільшенню опору роторного кола, в результаті чого знижується пусковий струм.
|
|
|
Бажання підвищити пусковий момент призвело до створення декількох серій двигунів з короткозамкненим ротором. На рис. 3.5 дані природні характеристики w*= f (М*) асинхронних двигунів з різноманітним виконанням ротора: краново-металургійних (4АК), з підвищеним ковзанням (4АС), із підвищеним пусковим моментом (ААР), з ротором нормального виконання (А4).
У двигунів з короткозамкненим ротором значення Мпуск не завжди є найменшим. При s » 0,8 дійсна характеристика має «провал» моменту Мmin, який менше пускового. Причина цього – наявність додаткових моментів, які обумовлені вищими гармонійними складовими струму, ефектом витискання струму в пазах та нерівномірністю магнітного поля ротора. Тому для двигунів з короткозамкненим ротором у каталогах указується відношення Mmin/Mном.
На рис. 3.5 для двигунів серії А4 показаний приблизний вигляд реальної характеристики, що має «провал», який показаний штриховою лінією.
Розрахунок і побудова природної механічної характеристики здійснюються на основі каталожних даних двигуна. Для побудови робочої прямолінійної частини характеристики достатньо двох точок. Для цього при відомій швидкості wном та потужності двигуна Рном за формулою (2.10 а) визначається номінальний момент. Перша точка знаходиться по координатах w = wном, M = Mном. Друга точка – кутова швидкість ідеального холостого ходу w0 при М = 0 – знаходиться за формулою (3.11). Координатами другої точки будуть w = w0, М = 0. Робоча частина характеристики на рис. 3.4 показана між точками w0– а.
|
|
|
Для побудови повної (із нестійкою частиною) характеристики за формулами (3.12), (3.20) або (3.23 а) розраховується значення sкр. Потім, задаючись значеннями s від 0 до 1 для рухового режиму, за формулами (3.22) або (3.24) визначають відповідні значення моменту М. При цьому ковзанню sкр відповідає момент Mкр.
При збільшенні активного опору R2S у колі ротора на підставі формули (3.20) пропорційно підвищується критичне ковзання. Так як різним значенням sкр відповідають значення Mкр, які не залежать від R2вт [див. (3.21)], то при незмінних значеннях w0 та Mкр, підвищення sкр буде визначати нахил механічних характеристик (рис. 3.6). Залежність sкр від R2S при Mкр = соnst використовується для збільшення початкового пускового моменту (або Мк) при s = 1 двигунів з фазним ротором. Так, наприклад, на рис. 3.6 при R2S2 момент Мк2 стає рівним критичному.
|
|
|
Для побудови реостатної механічної характеристики двигуна з фазним ротором ковзання розраховується на основі пропорційної залежності sкр від R2S. Тоді для природної та штучної (реостатної) характеристик виходячи з формули (3.24) для різних значень sкр
sкр.ш / sкр.п = (R'2вт + R2вш)/ R'2вт = R2S / R2вт, (3.25)
де sкр.ш, sкр.п - критичне ковзання на штучній (реостатній) та природній характеристиках.
Співвідношення (3.25) дотримується і для поточних значень ковзання
sш / sп = R2S / R2вт. (3.25а)
де sш і sп – ковзання на штучній і природній характеристиках при деякому моменті двигуна.
На штучній характеристиці ковзання
sш = sп R2S / R2вт, (3.26)
Для побудови реостатних характеристик задаються рядом значень sп та при відповідних значеннях М визначають sш (рис. 3.6).
Перепишемо формулу (3.26) відносно R2S:
R2S = sш R2вт/ sп = R2вт + R2вш,
звідки
R2вш = (sш / sп) R2вт – R2вт. (3.26а)
Отримане рівняння використовується для визначення опорів секцій пускового і регулювального реостата.
Відповідно до формул (3.19), (3.20) та (3.21) на механічну характеристику можна впливати і зміною індуктивного опору роторного кола Х2.
При введенні в коло ротора реактора сумарний індуктивний опір збільшиться: Х2S = Х2вт + Х2вш. Тоді при підключенні двигуна до мережі пусковий струм відповідно до (3.15) зменшується (Ік1< Ік.п) (рис. 3.7). Критичне ковзання, критичний і пусковий моменти двигуна теж зменшаться (криві Мш1 і Іш1).
Більш прийнятні результати отримуються при послідовному вмиканні в коло ротора додаткового активного R2вш та індуктивного Х2вш опорів. При цьому в момент пуску двигуна (s = 1) при частоті струму ротора, рівній частоті мережі f1, індуктивний опір Х2вш великий і пусковий струм дорівнює Iк2. По мірі розгону двигуна ЕРС ротора Е2 зменшується, але одночасно з цим знижується і частота f2 у вторинному колі. Індуктивний опір реактора зменшується, в результаті чого момент і струм ротора будуть знижуватися повільніше, ніж при наявності одного активного опору (криві Мш2, та Іш2).
При роботі двигуна, коли струм статора не відрізняється істотно від номінального значення, можна вважати, що ЕРС статора E1Ф » U1Ф. Тоді
E1Ф » U1Ф = 4,44 f1 w1 Ф, (3.27)
де w1– кількість витків обмотки фази статора.
При незмінній частоті f1 зниження напруги U1Ф викликає зменшення магнітного потоку. Тому напруга, яка прикладена до обмоток статора може розглядатися як керуючий вплив, аналогічний напрузі на обмотці збудження двигуна постійного струму.
При зміні напруги живлення двигуна його момент [див. (3.19) та (3.21)] змінюється пропорційно квадрату напруги, яка прикладена, а критичне ковзання [див. (3.20)] залишається незмінним. Тоді при зменшенні напруги на статорі до значення U1= a Uном, де a = U1/ Uном < 1, відношення моментів на природній та штучній характеристиках при s = соnst буде рівним відношенню відповідних квадратів напруг:
Мп / Мш = Мкр.п/ Мкр.ш = U2ном / U21 = 1/ a2, (3.28)
де Мп, Мш – моменти на природній та штучній характеристиках.
Таким чином, штучну характеристику при U1< Uном можна отримати і побудувати з природної, якщо ординати її перерахувати в a2 разів. Механічні характеристики при різних напругах живлення двигуна зображені на рис. 3.8.
При введенні додаткових опорів R1вш і Х1вш у коло статора знижуються струм двигуна [див. (3.15)], а також критичне ковзання, критичний і пусковий моменти [див. (3.20) і (3.21)]. У коло статора великих двигунів опори вводяться для обмеження пускових струмів до значення, яке допускається за умовами падіння напруги в мережі живлення. Іноді введення опору використовується для зменшення пускового моменту із тим, щоб при пуску двигуна пом'якшити удари в передатних механізмах і забезпечити більш плавний розгін електропривода.
На механічну характеристику асинхронного двигуна відповідно до (3.11) можна впливати зміною частоти f1 та числа пар полюсів р.
При зміні частоти струму f1 пропорційно буде змінюватися w0 і зворотно пропорційно частоті – магнітний потік Ф [див. (3.27)]. Так як у номінальному режимі магнітна система двигуна насичена, то при Uном допустимо тільки збільшення частоти напруги живлення. Тоді при значенні f1, більшому f1ном, відповідно збільшаться w та індуктивний опір короткого замикання Xк.ш = Xк.п(f1/ f1ном) і зменшиться магнітний потік Ф. Відповідно до (3.21) збільшення w0 і Хк = Х1 + Х'2викликає зменшення критичного моменту. Критичне ковзання зі збільшенням Хк.ш на підставі (3.20) зменшиться. Механічна характеристика при f1> f1ном, U = Uном показана на рис. 3.9.
При зменшенні частоти f1< fном знижується кутова швидкість w, а магнітний потік Ф збільшується. Це призводить до глибокого насичення магнітного кола та збільшення струму, якийнамагнічує, Iм, що, у свою чергу, викликає зниження енергетичних показників двигуна (сos j, w). Для того, щоб потік Ф при збільшенні або зменшенні частоти f1 залишався постійним [див. (3.27)], необхідно при зміні частоти в тій же кратності змінювати напругу, тобто змінювати ці величини так, щоб
U / f1= const. (3.29)
При дотриманні умови (3.29) критичний момент змінюється – збільшується з ростом частоти і зменшується з її зниженням. Механічні характеристики при зміні частоти та одночасній пропорційній зміні напруги наведені на рис. 3.9.
При зміні числа пар полюсів і одній і тій же частоті струму та незмінній напрузі мережі [див. (3.11)] його кутова швидкість буде змінюватися зворотно пропорційно числу пар полюсів. Для зміни числа пар полюсів необхідно, щоб у статорі були укладені незалежні обмотки з різними значеннями р або при одній обмотці статора була б можливість зміни її схеми з'єднань.
Таким чином, обмотки окремих фаз статора двошвидкісного двигуна складаються з двох частин. При переключенні обмоток кожної фази з послідовного з'єднання на паралельне число пар полюсів зменшується вдвічі, а кутова швидкість двигуна зростає. Критичний момент двигуна при різних числах полюсів залежить від конструктивного виконання обмоток. Двигуни зі змінюваним числом пар полюсів виконуються з постійною потужністю або постійним моментом.
Приклади механічних характеристик двошвидкісного асинхронного двигуна з постійним моментом показані на рис. 3.10, а (при р1 та 2р1, Мкр = const), а з постійною потужністю – на рис. 3.10, б (при 2р1, Мкр1; при р1, Мкр2).
Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 1168; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!