Для каждого асинхронного двигателя может быть определен номинальный режим, т. е. режим длительной работы, при котором двигатель не перегревается сверх установленной температуры. Момент М ном, соответствующий номинальному режиму, называется. номинальным моментом. Соответствующее ему номинальное скольжение составляет для асинхронных двигателей средней мощности s H0M = 0,02…0,06, т.е. номинальная скорость n иом находится в пределах

n ном = n 0 (1 — s 0)= (0,94…0,98) п 0 .

Отношение максимального момента к номинальному к м = = Mmах/M ном называется перегрузочной способностью асинхронного двигателя. Обычно к т = 1,8.. .2,5.

При пуске в ход, т. е. …
при трогании с места и при разгоне, асинхронный двигатель находится в условиях, существенно отличающихся от условий нормальной работы. Момент, развиваемый двигателем, должен превышать момент сопротивления нагрузки, иначе двигатель не сможет разгоняться. Таким образом, с точки зрения пуска двигателя важную роль играет его пусковой момент.

Отношение пускового момента М п развиваемого двигателем в неподвижном состоянии, т. е. при n = 0, к номинальному моменту k п = М п /М ном называется кратностью пускового момента.

Максимальный момент М тах называется критическим моментом асинхронной машины. Работа машины с моментом, превышающим номинальный, возможна лишь кратковременно, в противном случае срок службы машины сокращается из-за ее перегрева.

В результате взаимодействия вращающегося магнитного потока с токами, индуктированными им в проводниках роторной обмотки, возникают силы, действующие на эти проводники в тангенциальном направлении. Найдем значение момента, создаваемого этими силами на валу машины.

Электромагнитная мощность, передаваемая ротору вращающимся магнитным полем, ровна:

где М эм — электромагнитный момент действующий на ротор.

В соответствии со схемой замещения одной фазы машины:

Из этих выражений найдем:

Учитывая действующий ток ротора, ЭДС, индуктивное сопротивление получим:

Введем постоянную и пренебрегая моментом трения, представим выражение момента на валу в виде:

Если магнитный поток Ф выражен в веберах, ток I 2 - в амперах, то вращающий момент получится в ньютон-метрах (Нм).

Вращающий момент машины зависит от изменяющихся при нагрузке ф, I 2 и , но его можно представить в виде функции однойпеременной. В качестве такой переменной для асинхронного двигателя наиболее удобно выбрать скольжениеs.

Тогда

Полагая, что частота сети неизменна введем

Получим следующее выражение для вращающего момента:

42. Энергетическая диаграмма АД. В электрической машине часть энергии теряется в виде тепла в различных частях — потери в обмотках, в стали, механические потери.

На диаграмме: Р 1 — мощность, подводимая из сети. Основная часть её за вычетом потерь в статоре, передаётся электромагнитным путём на ротор через зазор; Р эм называется электромагнитной мощностью.

Потери в статоре складываются из потерь в обмотке и в стали:

Рис. 42. Энергетическая диаграмма АД.

р с1 и р с2 . р с1 теряется на вихревые токи и перемагничивание сердечника. Потери в стали имеются и в сердечнике ротора, но они невелики и их можно не учитывать, т.к. n 0 во много раз больше скорости магнитного потока относительно ротора n 0 — n , если n соответствует устойчивой части естественной механической характеристики.

Механическая мощность, развиваемая на валу ротора, меньше Р эм на значение р об2 потерь в обмотке ротораР мх = Р эм — р об2 Мощность на валу Р 2 = Р мх — р мх, где р мх — мощность механических потерь, равная сумме потерь на трение в подшипниках, на трение о воздух и трение щеток о кольца.

Электромагнитная и механическая Р равныР эм = ω 0 М, Р мх = ωМ , где ω 0 и ω — скорости синхронная и ротора, М — момент, развиваемый двигателей, т.е. момент, с которым вращающееся поле действует на ротор.

Добавочные потери обусловлены зубчатостью ротора и статора, вихревыми токами в различных узлах и другими причинами. При полной нагрузке потери Рд принимаются равными 0,5% его номинальной мощности.

К.п.д. двигателя: h = P 2 /P 1 = / Р 1 .

Т.к. общие потери зависят от нагрузки, то и КПД является функцией нагрузки. Машина конструируется так, чтобы максимум ее коэффициента полезного действия h имел место при нагрузке, несколько меньше номинальной. Для большинства двигателей к.п.д. равен 80-90%, а для мощных двигателей 90-96%.

43. Устройство синхронного двигателя. Схема замещения, уравнения энергетического состояния фазы обмотки статора, векторная диаграмма синхронного дв. Основными частями статора являются неподвижный пакет маг­нитопровода и трехфазная обмотка. Пакет магнитопрово­да изготовлен в виде полого цилиндра, набранного, так же как и магнитопровод трансформатора, из тонких листов электротехнической стали. Листы имеют форму колец с пазами, симметрично расположенными вдоль внутренней окружности. В пазы пакета статора уложены стороны многовитковых мягких катушек, образующих три фазы обмотки. Пакет статора с обмоткой запрессован в алюминие­вый или чугунный корпус-оболочку, неподвижно закрепляемый при установке машины на фундаментной плите. С корпусом прочно соеди­нены два боковых литых щита со сквозными центральными отверстия­ми для подшипников, в которых вращается вал ротора.

Начала и концы фаз обмотки статора присоединены к зажимам, расположенным в коробке выводов, укрепленной на корпусе. Боль­шинство машин имеет коробку выводов с шестью зажимами, что по­зволяет соединять фазы обмотки треугольником или звездой.

Применяются два типа роторов синхронных машин - неявнопо-люсный, или с неявно выраженными полюсами, и ротор явнополюс-ный, или с явно выраженными полюсами. В первом случае сердечник ротора представляет массивное цилиндрическое тело из стали (бочка ротора), вдоль его поверхности выфрезерованы пазы, в которых заклады­вается обмотка возбуждения. Пазы и обмотка возбуждения размещают­ся так, чтобы получить по возможности синусоидальное распределение индукции в зазоре между сердечниками ротора и статора. Общий вид неявнополюсного ро­тора показан на рис.

Явнополюсный ротор состоит из мас­сивного стального колеса, посаженного на вал. К его ободу по внешней поверхности крепятся стальные сердечники полюсов. Последние, а иногда и обод выполняются из листовой стали. Для малых машин и при не слишком большом числе полюсов вместо колеса на вал насаживается стальная втулка, к которой крепятся полюса. Обмотка возбуждения в виде катушек разме­щается на сердечниках полюсов. Такая конструкция ротора позво­ляет разместить на нем большое число полюсов, что необходимо для машин с небольшой скоростью вращения.

44. Регулирование реактивной мощности синхронного двигателя осуществляется изменением тока возбуждения Iв

1) Номинальный режим Iв= Iв ном. cosφ=1.

2) Iв< Iв ном cos φ<1

реактивная составляющая увеличивается, носит индуктивный характер-режим работы АСД

3) Iв> Iв ном cos φ<1

ток якоря увеличивается,Емкостной характер

При этом способе реактивная мощность отдается в сеть,что является большим плюсом.

Изменяя ток возбуждения меняем ток якоря.

45. Регулирование активной мощности синхронного двигателя осуществляется изменением угла согласования. При увеличении нагрузки угол увеличивается, при уменьшении- уменьшается. Угол рассогласования определяет перегрузочную способность двигателя.

Отношение максимального момента к номинальному:

46. Устройство, принцип действия двигателя постоянного тока. Способы возбуждения. ЭДС обмотки якоря и электромагнитный момент Устройство и принцип действия двигателя постоянного тока Двигатель постоянного тока состоит из неподвижной час­ти -статора и вращающейся части — якоря, разделенных воздушным зазором. К внутренней поверхности статора крепятся главные в добавочные полюсы. Главные полюсы с обмотками возбуждения слу­жат для создания в машине основного магнитного потока Ф, а до­бавочные — для уменьшение искрения.

Якорь состоит из вала, сердечника, обмотки и коллектора. Коллектор содержит изолированные друг от друга медные пластины, которые соединяются с секциями обмотки якоря. На коллектор накла­дываются неподвижные щётки; соединяющие обмотку якоря с внешней электрической цепью. В результата взаимодействия тока якоря Iя И магнитного потока Ф создается вращающий момент, М=СмФIя, где См- постоянная момента, зависящая от кон­структивных данных машины. Вращающий момент М, двигателя уравновешивается моментом сопротивления Мс рабочей машины. При вра­щении якоря с частотой n его обмотка пересекает магнитный поток Ф и в ней, согласно закону электромагнитной индукции, наводится противо-ЭДС E =СеФп, где Се _ конструктивная постоянная.

Напряжение на эажимаx якоря U равно сумме ЭДС и падения напряжения на сопротивлении якорной цепи U=E +RяIя=CеФn, откуда ток якоря Iя=(U-CеФn)/Rя, а частота вращения n=(U- RяIя)/ CеФ/

В зависимости от способа питания обмотки возбуждения генераторы постоянного тока бывают:

а) б) в) г)

Рис. 50. Возбуждение генератора: а — независимое, б — параллельное, в — последовательное, г — смешанное.

При независимом возбуждении ОВ питается от постороннего источника. Применяется в случаях, когда необходимо в широких пределах регулировать ток возбуждения I в и напряжение U на зажимах машины. Ток якоря равен току нагрузки I я = I н (рис. 50, а)

Генераторы с самовозбуждением имеют ОВ, питаемые от самого генератора.

При включении ОВ параллельно с обмоткой якоря имеем генератор с параллельным возбуждением (рис. 50, б), у которого I я = I н + I в. У мощных машин нормального исполнения I в обычно составляет 1-3%, а у малых машин — до нескольких десятков % от тока якоря. У генератора с последовательным возбуждением (рис. 50, в) ОВП включён последовательно с якорем, т.е.

I я = I н = I в.

Генераторы со смешанным возбуждением имеют две обмотки возбуждения, ОВ включёна параллельно якорю, а другая ОВП — последователь но (рис. 50, г). Основной обычно является ОВ. ОВП подмагничивает машину при увеличении тока нагрузки, чем компенсируется падение напряжения U в обмотке якоря и размагничивающее влияние реакции якоря.

47. Нагрузочный режим двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением. Механическая характеристика. Подадим на зажимы неподвижного якоря напряжение. Напряжение вызовет ток в цепи якоря. При этом возникает электромагнитным момент. Этот момент начнёт вращать якорь, совершая механическую работу. Машина начнет работать в режиме электродвигателя. Чтобы преодолеть сопротивление механической нагрузки на валу, электродвигателя должен потреблять энергию из внешнего источника.

48. Способы пуска двигателя постоянного тока. Нормальная машина постоянного тока имеет цилиндрический ротор с обмоткой, называемый якорем, который вращается в неподвижном магнитном поле. В витках 1-3 и 2-4 обмотки якоря индуктируются переменные ЭДС и для получения постоянного направления тока i в сопротивлении нагрузки r, применяется коллектор К, состоящий из медных изолированных друг от друга пластин, образующих цилиндр, по которому скользят щетки а — B . Наличие коллектора, к пластинам которого присоединяются начала и концы витков обмотки якоря, является отличительной особенностью м. п. т. В положении на рисунке стороны 1-3 витка пересекают магнитные линии перпендикулярно, поэтому между щетками будет Е мах.

Рис. 47. Схема генератора постоянного тока с двумя витками и четырьмя коллекторными пластинами.

Для каждого асинхронного двигателя может быть определен номинальный режим, т. е. режим длительной работы, при котором двигатель не перегревается сверх установленной температуры. Момент М ном, соответствующий номинальному режиму, называется. номинальным моментом. Соответствующее ему номинальное скольжение составляет для асинхронных двигателей средней мощности s H0M = 0,02...0,06, т.е. номинальная скорость n иом находится в пределах

n ном = n 0 (1 - s 0)= (0,94...0,98) п 0 .

Отношение максимального момента к номинальному к м = = Mmах/M ном называется перегрузочной способностью асинхронного двигателя. Обычно к т = 1,8.. .2,5.

При пуске в ход, т. е. при трогании с места и при разгоне, асинхронный двигатель находится в условиях, существенно отличающихся от условий нормальной работы. Момент, развиваемый двигателем, должен превышать момент сопротивления нагрузки, иначе двигатель не сможет разгоняться. Таким образом, с точки зрения пуска двигателя важную роль играет его пусковой момент.

Отношение пускового момента М п развиваемого двигателем в неподвижном состоянии, т. е. при n = 0, к номинальному моменту k п = М п /М ном называется кратностью пускового момента.

Максимальный момент М тах называется критическим моментом асинхронной машины. Работа машины с моментом, превышающим номинальный, возможна лишь кратковременно, в противном случае срок службы машины сокращается из-за ее перегрева.

В результате взаимодействия вращающегося магнитного потока с токами, индуктированными им в проводниках роторной обмотки, возникают силы, действующие на эти проводники в тангенциальном направлении. Найдем значение момента, создаваемого этими силами на валу машины.

Электромагнитная мощность, передаваемая ротору вращающимся магнитным полем, ровна:

где М эм - электромагнитный момент действующий на ротор.

В соответствии со схемой замещения одной фазы машины:

Из этих выражений найдем:

Учитывая действующий ток ротора, ЭДС, индуктивное сопротивление получим:

Введем постоянную и пренебрегая моментом трения, представим выражение момента на валу в виде:

Если магнитный поток Ф выражен в веберах, ток I 2 - в амперах, то вращающий момент получится в ньютон-метрах (Нм).

Вращающий момент машины зависит от изменяющихся при нагрузке ф, I 2 и, но его можно представить в виде функции однойпеременной. В качестве такой переменной для асинхронного двигателя наиболее удобно выбрать скольжениеs.

Полагая, что частота сети неизменна введем

Получим следующее выражение для вращающего момента:

42. Энергетическая диаграмма АД. В электрической машине часть энергии теряется в виде тепла в различных частях - потери в обмотках, в стали, механические потери.

На диаграмме: Р 1 - мощность, подводимая из сети. Основная часть её за вычетом потерь в статоре, передаётся электромагнитным путём на ротор через зазор; Р эм называется электромагнитной мощностью.

Потери в статоре складываются из потерь в обмотке и в стали:

Рис. 42. Энергетическая диаграмма АД.

р с1 и р с2 . р с1 теряется на вихревые токи и перемагничивание сердечника. Потери в стали имеются и в сердечнике ротора, но они невелики и их можно не учитывать, т.к. n 0 во много раз больше скорости магнитного потока относительно ротора n 0 - n , если n соответствует устойчивой части естественной механической характеристики.

Механическая мощность, развиваемая на валу ротора, меньше Р эм на значение р об2 потерь в обмотке ротораР мх = Р эм - р об2 Мощность на валу Р 2 = Р мх - р мх, где р мх - мощность механических потерь, равная сумме потерь на трение в подшипниках, на трение о воздух и трение щеток о кольца.

Электромагнитная и механическая Р равныР эм = ω 0 М, Р мх = ωМ , где ω 0 и ω - скорости синхронная и ротора, М - момент, развиваемый двигателей, т.е. момент, с которым вращающееся поле действует на ротор.

Добавочные потери обусловлены зубчатостью ротора и статора, вихревыми токами в различных узлах и другими причинами. При полной нагрузке потери Рд принимаются равными 0,5% его номинальной мощности.

К.п.д. двигателя: h = P 2 /P 1 = / Р 1 .

Т.к. общие потери зависят от нагрузки, то и КПД является функцией нагрузки. Машина конструируется так, чтобы максимум ее коэффициента полезного действия h имел место при нагрузке, несколько меньше номинальной. Для большинства двигателей к.п.д. равен 80-90%, а для мощных двигателей 90-96%.

43. Устройство синхронного двигателя. Схема замещения, уравнения энергетического состояния фазы обмотки статора, векторная диаграмма синхронного дв. Основными частями статора являются неподвижный пакет маг­нитопровода и трехфазная обмотка. Пакет магнитопрово­да изготовлен в виде полого цилиндра, набранного, так же как и магнитопровод трансформатора, из тонких листов электротехнической стали. Листы имеют форму колец с пазами, симметрично расположенными вдоль внутренней окружности. В пазы пакета статора уложены стороны многовитковых мягких катушек, образующих три фазы обмотки. Пакет статора с обмоткой запрессован в алюминие­вый или чугунный корпус-оболочку, неподвижно закрепляемый при установке машины на фундаментной плите. С корпусом прочно соеди­нены два боковых литых щита со сквозными центральными отверстия­ми для подшипников, в которых вращается вал ротора.

Начала и концы фаз обмотки статора присоединены к зажимам, расположенным в коробке выводов, укрепленной на корпусе. Боль­шинство машин имеет коробку выводов с шестью зажимами, что по­зволяет соединять фазы обмотки треугольником или звездой.

Применяются два типа роторов синхронных машин - неявнопо-люсный, или с неявно выраженными полюсами, и ротор явнополюс-ный, или с явно выраженными полюсами. В первом случае сердечник ротора представляет массивное цилиндрическое тело из стали (бочка ротора), вдоль его поверхности выфрезерованы пазы, в которых заклады­вается обмотка возбуждения. Пазы и обмотка возбуждения размещают­ся так, чтобы получить по возможности синусоидальное распределение индукции в зазоре между сердечниками ротора и статора. Общий вид неявнополюсного ро­тора показан на рис.

Явнополюсный ротор состоит из мас­сивного стального колеса, посаженного на вал. К его ободу по внешней поверхности крепятся стальные сердечники полюсов. Последние, а иногда и обод выполняются из листовой стали. Для малых машин и при не слишком большом числе полюсов вместо колеса на вал насаживается стальная втулка, к которой крепятся полюса. Обмотка возбуждения в виде катушек разме­щается на сердечниках полюсов. Такая конструкция ротора позво­ляет разместить на нем большое число полюсов, что необходимо для машин с небольшой скоростью вращения.

44. Регулирование реактивной мощности синхронного двигателя осуществляется изменением тока возбуждения Iв

1) Номинальный режим Iв= Iв ном. cosφ=1.

2) Iв< Iв ном cos φ<1

реактивная составляющая увеличивается, носит индуктивный характер-режим работы АСД

3) Iв> Iв ном cos φ<1

ток якоря увеличивается,Емкостной характер

При этом способе реактивная мощность отдается в сеть,что является большим плюсом.

Изменяя ток возбуждения меняем ток якоря.

45. Регулирование активной мощности синхронного двигателя осуществляется изменением угла согласования. При увеличении нагрузки угол увеличивается, при уменьшении- уменьшается. Угол рассогласования определяет перегрузочную способность двигателя.

Отношение максимального момента к номинальному:

46. Устройство, принцип действия двигателя постоянного тока. Способы возбуждения. ЭДС обмотки якоря и электромагнитный момент Устройство и принцип действия двигателя постоянного тока Двигатель постоянного тока состоит из неподвижной час­ти -статора и вращающейся части - якоря, разделенных воздушным зазором. К внутренней поверхности статора крепятся главные в добавочные полюсы. Главные полюсы с обмотками возбуждения слу­жат для создания в машине основного магнитного потока Ф, а до­бавочные - для уменьшение искрения.

Якорь состоит из вала, сердечника, обмотки и коллектора. Коллектор содержит изолированные друг от друга медные пластины, которые соединяются с секциями обмотки якоря. На коллектор накла­дываются неподвижные щётки; соединяющие обмотку якоря с внешней электрической цепью. В результата взаимодействия тока якоря Iя И магнитного потока Ф создается вращающий момент, М=СмФIя, где См- постоянная момента, зависящая от кон­структивных данных машины. Вращающий момент М, двигателя уравновешивается моментом сопротивления Мс рабочей машины. При вра­щении якоря с частотой n его обмотка пересекает магнитный поток Ф и в ней, согласно закону электромагнитной индукции, наводится противо-ЭДС E =СеФп, где Се _ конструктивная постоянная.

Напряжение на эажимаx якоря U равно сумме ЭДС и падения напряжения на сопротивлении якорной цепи U=E +RяIя=CеФn, откуда ток якоря Iя=(U-CеФn)/Rя, а частота вращения n=(U- RяIя)/ CеФ/

В зависимости от способа питания обмотки возбуждения генераторы постоянного тока бывают:

а) б) в) г)

Рис. 50. Возбуждение генератора: а - независимое, б - параллельное, в - последовательное, г - смешанное.

При независимом возбуждении ОВ питается от постороннего источника. Применяется в случаях, когда необходимо в широких пределах регулировать ток возбуждения I в и напряжение U на зажимах машины. Ток якоря равен току нагрузки I я = I н (рис. 50, а)

Генераторы с самовозбуждением имеют ОВ, питаемые от самого генератора.

При включении ОВ параллельно с обмоткой якоря имеем генератор с параллельным возбуждением (рис. 50, б), у которого I я = I н + I в. У мощных машин нормального исполнения I в обычно составляет 1-3%, а у малых машин - до нескольких десятков % от тока якоря. У генератора с последовательным возбуждением (рис. 50, в) ОВП включён последовательно с якорем, т.е.

I я = I н = I в.

Генераторы со смешанным возбуждением имеют две обмотки возбуждения, ОВ включёна параллельно якорю, а другая ОВП - последователь но (рис. 50, г). Основной обычно является ОВ. ОВП подмагничивает машину при увеличении тока нагрузки, чем компенсируется падение напряжения U в обмотке якоря и размагничивающее влияние реакции якоря.

47. Нагрузочный режим двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением. Механическая характеристика. Подадим на зажимы неподвижного якоря напряжение. Напряжение вызовет ток в цепи якоря. При этом возникает электромагнитным момент. Этот момент начнёт вращать якорь, совершая механическую работу. Машина начнет работать в режиме электродвигателя. Чтобы преодолеть сопротивление механической нагрузки на валу, электродвигателя должен потреблять энергию из внешнего источника.

48. Способы пуска двигателя постоянного тока. Нормальная машина постоянного тока имеет цилиндрический ротор с обмоткой, называемый якорем, который вращается в неподвижном магнитном поле. В витках 1-3 и 2-4 обмотки якоря индуктируются переменные ЭДС и для получения постоянного направления тока i в сопротивлении нагрузки r, применяется коллектор К, состоящий из медных изолированных друг от друга пластин, образующих цилиндр, по которому скользят щетки а - B . Наличие коллектора, к пластинам которого присоединяются начала и концы витков обмотки якоря, является отличительной особенностью м. п. т. В положении на рисунке стороны 1-3 витка пересекают магнитные линии перпендикулярно, поэтому между щетками будет Е мах.

Рис. 47. Схема генератора постоянного тока с двумя витками и четырьмя коллекторными пластинами.

Конец работы -

Эта тема принадлежит разделу:

Собственная и примесная электропроводность полупроводников

Выпрямителем называется устройство предназначенное для преобразования переменного тока в постоянный Основ ным элементом выпрямителей является...

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, устройство и принцип действия.

Потери напряжения и мощности в трехфазной линии.

Ток нейтрального провода в трехфазной цепи является суммой фазных токов. При симметричной нагрузке сумма фазных токов равняется нулю. Таким образом, при симметричной нагрузке отсутствуют потери в нейтральном проводе. Потери напряжения и мощности в линии при трехфазном подключении в шесть раз меньше, чем при однофазном подключении потребителей такой же мощности.

При несимметричной нагрузке нейтральный провод необходим, по нему должен проходить выравнивающий ток. При несимметрии фазных токов появляется ток в нейтральном проводе. Если попытаться включить несимметричную нагрузку без нейтрального провода, получится перекос фаз, при котором на нагруженных фазах напряжение понизится, а на разгруженных появляется перенапряжение. Снижение напряжения нарушает работу потребителей, а перенапряжение может вывести из строя.

Потери энергии в нейтральном проводе снижают коэффициент полезного действия линии и ухудшается качество электроснабжения. Поэтому с целью получения симметричной нагрузки однофазные потребители стараются равномерно распределять по фазам.

Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором является самым распространенным из электрических двигателей, применяемых в промышленности. Рассмотрим его устройство. На неподвижной части двигателя – статоре – размещается трехфазная обмотка, питаемая трехфазным током. Начала трех фаз этой обмотки выводятся на общий щиток, укрепленный снаружи на корпусе электродвигателя.

Собранный сердечник статора укрепляют в чугунном корпусе двигателя. Вращающуюся часть двигателя – ротор – собирают также из отдельных листов стали. В пазы ротора закладывают медные стержни, которые с двух сторон припаивают к медным кольцам.

Таким образом, все стержни оказываются замкнутыми с двух сторон накоротко. Если представить себе отдельно обмотку такого ротора, то она по внешнему виду будет напоминать «беличье колесо». В настоящее время у всех двигателей мощностью до 100 кВт «беличье колесо» делается из алюминия путем заливки его под давлением в пазы ротора. Вал вращается в подшипниках, закрепленных в подшипниковых щитах . Щиты при помощи болтов крепятся к корпусу двигателя. На один конец вала ротора насаживается шкив для передачи вращения рабочим машинам или станкам.

Рассмотрим характеристику, соответствующую режиму двигателя, т.е. при скольжении, изменяющемся от 1 до 0. Обозначим момент, развиваемый двигателем при пуске в ход (S =1) как M пуск. Скольжение, при котором момент достигает наибольшего значения, называют критическим скольжением S кр, а наибольшее значение момента – критическим моментом M кр. Отношение критического момента к номинальному называют перегрузочной способностью двигателя

M кр /M н =λ.

Критический момент не зависит от активного сопротивления ротора, но зависит от подведенного напряжения. При уменьшении U 1 снижается перегрузочная способность асинхронного двигателя.

Для построения механической характеристики задаются значениями коэффициента скольжения s и определяют по нему соответствующее значение частоты вращения ротора n, а также момент М по формуле Клосса

Если в эту формулу подставить вместо M и S номинальные значения момента и скольжения (M н и S н), то можно получить соотношение для расчета критического скольжения.

.

Участок характеристики, на котором скольжение изменяется от 0 до S кр, соответствует устойчивой работе двигателя. На этом участке располагается точка номинального режима (M н, S н). В пределах изменения скольжения от 0 до S кр изменение нагрузки на валу двигателя будет приводить к изменению частоты вращения ротора, изменению скольжения и вращающего момента. С увеличением момента нагрузки на валу частота вращения ротора станет меньше, что приведет к увеличению скольжения и электромагнитного (вращающего) момента. Если момент нагрузки превысит критический момент, то двигатель остановится.

Участок характеристики, на котором скольжение изменяется от S кр до 1, соответствует неустойчивой работе двигателя. Этот участок характеристики двигатель проходит при пуске в ход и при торможении.

Пусковой момент - это значение момента в момент трогания ротора.

M п =k м M н,

Где k м - кратность пускового момента.

Номинальный момент - значение момента, создаваемое электромагнитным полем на валу двигателя при номинальных параметрах двигателя и номинальных внешних условиях.

Под критическим моментом понимают наивысшее или максимально возможное значение. В случае если момент нагрузки превысит величину критического момента, то двигатель остановится.

Электромагнитный момент и механические характеристики асинхронного двигателя

Электромагнитный момент асинхронного двигателя создается взаимодействием тока в обмотке ротора с вращающимся магнит­ным полем. Электромагнитный момент М пропорционален элек­тромагнитной мощности:

. (13.12)

– угловая синхронная скорость вращения.

Подставив в (13.11) значение электромагнитной мощности по (13.5), получим

, (13.13)

т. е. электромагнитный момент асинхронного двигателя пропор­ционален мощности электрических потерь в обмотке ротора .

Если значение тока ротора по выражению (12.25) подставить в (13.13), то получим формулу электромагнитного момента асин­хронной машины :

. (13.14)

Параметры схемы замещения асинхронной машины , , и , входящие в выражение (13.14), являются постоянными, так как их значения при изменениях нагрузки машины остается практически неизменными. Также постоянными можно считать напряжение на обмотке фазы статора и частоту . В выражении момента единственная переменная величина – скольжение , которое для различных режимов работы асинхронной машины может принимать разные значения в диапазоне от до (см. рис. 10.1).

Рассмотрим зависимость момента от скольжения при , и постоянных параметрах схемы замещения. Эту зависимость принято называть механической характеристи­кой асинхронной машины. Анализ выражения (13.14), представ­ляющего собой аналитическое выражение механической характе­ристики , показывает, что при значениях скольжения и электромагнитный момент . Из этого следует, что механическая характеристика имеет максимум.

Для определения величины критического скольжения , со­ответствующего максимальному моменту, необходимо взять пер­вую производную от (13.14) и приравнять ее нулю: . В результате

. (13.15)

Подставив значение критического скольжения (по 13.15) в выражение электромагнитного момента (13.14), после ряда преоб­разований получим выражение максимального момента :

. (13.16)

В (13.15) и (13.16) знак плюс соответствует двигательному, а знак минус – генераторному режиму работы асинхронной машины.

Для асинхронных машин общего назначения активное сопро­тивление обмотки статора намного меньше суммы индуктивных сопротивлений: . Поэтому, пренебрегая величиной , получим упрощенные выражения критического скольжения

, (13.17)

и максимального момента

. (13.18)

Рис. 65. Зависимость режимов работы асинхронной машины от скольжения

Анализ выражения (13.16) показывает, что максимальный мо­мент асинхронной машины в генераторном режиме больше, чем в двигательном . На рис. 65 показана механическая асинхронной машины при . На этой характеристике указаны зоны, соответствующие различным режимам работы: двигательный режим , когда электро­магнитный момент является вращающим; генераторный режим и тормозной режим противовключением , когда электромагнитный момент М является тормозящим.

Из (13.14) следует, что электромагнитный момент асинхрон­ного двигателя пропорционален квадрату напряжения сети: . Это в значительной степени отражается на эксплуатаци­онных свойствах двигателя: даже небольшое снижение напряже­ния сети вызывает заметное уменьшение вращающего момента асинхронного двигателя . Например, при уменьшении напряжения сети на 10% относительно номинального электро­магнитный момент двигателя уменьшается на 19%: , где – момент при номинальном напря­жении сети, а – момент при пониженном напряжении.

Для анализа работы асинхронного двигателя удобнее восполь­зоваться механической характеристикой , представленной на рис. 66. При включении двигателя в сеть магнитное поле статора, не обладая инерцией, сразу же начинает вращение с син­хронной частотой , в то же время ротор двигателя под влиянием сил инерции в начальный момент пуска остается неподвижным и скольжение .

Подставив в (13.14) скольжение , получим выражение пускового момента асинхронного двигателя :

. (13.19)

Рис. 66. Зависимость электромагнитного момента асинхронного двигателя от скольжения

Под действием этого момента начи­нается вращение ро­тора двигателя, при этом скольжение уменьшается, а вра­щающий момент воз­растает в соответст­вии с характеристи­кой . При критическом сколь­жении момент достигает максималь­ного значения . С дальнейшим нараста­нием частоты вращения (уменьшением скольжения) момент на­чинает убывать, пока не достигнет установившегося значения, равного сумме противодействующих моментов, приложенных к ротору двигателя: момента х.х. и полезного нагрузочного мо­мента (момента на валу двигателя) , т. е.

. (13.20)

Следует иметь в виду, что при скольжениях, близких к едини­це (пусковой режим двигателя), параметры схемы замещения асинхронного двигателя заметно изменяют свои значения. Объяс­няется это в основном двумя факторами: усилением магнитного насыщения зубцовых слоев статора и ротора, что ведет к умень­шению индуктивных сопротивлений рассеяния и , и эффек­том вытеснения тока в стержнях ротора, что ведет к увеличению активного сопротивления обмотки ротора . Поэтому параметры схемы замещения асинхронного двигателя, используемые при рас­чете электромагнитного момента по (13.14), (13.16) и (13.18), не могут быть использованы для расчета пускового момента по (13.19).

Статический момент равен сумме противодействующих моментов при равномерном вращении ротора . Допус­тим, что противодействующий момент на валу двигателя соот­ветствует номинальной нагрузке двигателя. В этом случае устано­вившийся режим работы двигателя определится точкой на механической характеристике с координатами и ,

где: и – номинальные значения электромагнитного мо­мента и скольжения.

Из анализа механической характеристики также следует, что устойчивая работа асинхронного двигателя возможна при скольжениях меньше критического , т. е. на участке механической характеристики. Дело в том, что именно на этом участке изменение нагрузки на валу двигателя сопровождается соответствующим изменением электромагнитного момента. Так, если двигатель работал в номинальном режиме , то име­ло место равенство моментов: . Если произошло увеличение нагрузочного момента до значения , то равен­ство моментов нарушится, т. е. , и частота враще­ния ротора начнет убывать (скольжение будет увеличиваться). Это приведет к росту электромагнитного момента до значения (точка ), после чего режим работы двигателя вновь станет установившимся. Если же при работе двигателя в номинальном режиме произойдет уменьшение нагрузочного мо­мента до значения , то равенство моментов вновь нарушится, но теперь вращающий момент окажется больше суммы противо­действующих: . Частота вращения ротора начнет возрастать (скольжение будет уменьшаться), и это приведет к уменьшению электромагнитного момента до значения (точка ); устойчивый режим работы будет вновь восстановлен, но уже при других значениях и .

Вращающий момент, развиваемый на валу асинхронного электродвигателя в условиях нулевой скорости вращения ротора (когда ротор еще неподвижен) и установившегося в обмотках статора тока, - называется пусковым моментом асинхронного двигателя.

Пусковой момент иногда называют еще моментом трогания или начальным моментом. При этом подразумевается, что напряжение и частота питающего напряжения приближены к номиналу, причем соединение обмоток выполнено правильно. В номинальном режиме работы данный двигатель будет работать именно так, как предполагали разработчики.

Пусковой момент вычисляется по приведенной формуле. В паспорте электродвигателя (паспорт предоставляется производителем) указана кратность пускового момента.

Обычно значение величины кратности лежит в пределах от 1,5 до 6, в зависимости от типа двигателя. И при выборе электродвигателя для своих нужд, важно убедиться, что пусковой момент окажется больше статического момента планируемой проектной нагрузки на валу. Если это условие не соблюсти, то двигатель попросту не сможет развить рабочий момент при вашей нагрузке, то есть не сможет нормально стартонуть и разогнаться до номинальных оборотов.

Давайте рассмотрим еще одну формулу для нахождения пускового момента. Она будет вам полезной для теоретических расчетов. Здесь достаточно знать мощность на валу в киловаттах и номинальные обороты, - все эти данные указаны на табличке (на шильдике). P2-номинальная мощность, F1-номинальные обороты. Итак, вот эта формула:

Для нахождения P2 применяют следующую формулу. Здесь необходимо учесть скольжение, пусковой ток и напряжение питания, все эти данные указаны на шильдике. Как видите, все довольно просто. Из формулы очевидно, что пусковой момент в принципе можно повысить двумя путями: увеличением стартового тока или повышением питающего напряжения.

Попробуем, однако, пойти наиболее простым путем, и рассчитаем значения пусковых моментов для трех двигателей серии АИР. Воспользуемся параметрами кратности пускового момента и величинами номинального момента, то есть пользоваться будем самой первой формулой. Результаты расчетов приведены в таблице:

Тип двигателя	Номинальный момент, Нм	Отношение пускового момента к номинальному моменту	Пусковой момент, Нм
АИРМ132М2	36	2,5	90
АИР180S2	72	2	144
АИР180М2	97	2,4	232,8

Роль пускового момента асинхронного электродвигателя (пусковой ток)

Часто двигатели включают напрямую в сеть, осуществляя коммутацию магнитным пускателем: на обмотки подается линейное напряжение, создается вращающееся магнитное поле статора, оборудование начинает работать.

Бросок тока в момент старта в данном случае неизбежен, и он превышает номинальный ток в 5-7 раз, причем длительность превышения зависит от мощности двигателя и от мощности нагрузки: более мощные двигатели стартуют дольше, их обмотки статора дольше принимают токовую перегрузку.

Маломощные двигатели (до 3 кВт) легко переносят данные броски, и сеть так же легко выдерживает эти незначительные кратковременные всплески мощности, ибо у сети всегда есть некоторый мощностный резерв. Вот почему небольшие насосы и вентиляторы, станки и бытовые электроприборы обычно включают напрямую, не заботясь особо о токовых перегрузках. Как правило обмотки статоров двигателей оборудования такого рода соединяются по схеме «звезда» из расчета на трехфазное напряжение 380 вольт или «треугольник» - для 220 вольт.

Если же вы имеете дело с мощным двигателем на 10 и более кВт, то включать напрямую такой двигатель в сеть нельзя. Бросок тока в момент пуска необходимо ограничить, иначе сеть испытает значительную перегрузку, что может привести к опасной «нештатной просадке напряжения».

Пути ограничения пускового тока

Наиболее простой способ ограничения пускового тока - пуск при пониженном напряжении. Обмотки просто переключаются с треугольника на звезду в момент пуска, а затем, когда двигатель набрал какие-то обороты - обратно на треугольник. Переключение осуществляется через несколько секунд после старта с помощью реле времени, например.

В таком решении пусковой момент также понижается, причем зависимость квадратичная: при снижении напряжения в будет в 1,72 раза, момент снизится в 3 раза. По этой причине пуск при пониженном напряжении подходит для такого оборудования, где пуск возможен с минимальной нагрузкой на валу асинхронного двигателя (например пуск многопильного станка).

Мощным нагрузкам, например ленточному конвейеру, необходим другой способ ограничения пускового тока. Здесь лучше подойдет реостатный метод, позволяющий снизить пусковой ток без уменьшения крутящего момента.

Такой способ очень подходит асинхронным двигателям с фазным ротором, где реостат удобно включается в цепь обмотки ротора, и регулировка рабочего тока осуществляется ступенчато, получается очень плавный пуск. С помощью реостата тут же можно регулировать и рабочую скорость двигателя (не только в момент запуска).

Но наиболее эффективным способом безопасного пуска асинхронных двигателей является все же пуск посредством . Величину напряжения и частоту регулирует сам преобразователь автоматически, создавая оптимальные условия двигателю. Обороты получаются стабильными, при этом броски тока принципиально исключены.