Что называется критическим моментом асинхронного двигателя

Электромагнитные устройства и электрические машины. Электрические трансформаторы. Информационные электрические машины. Информационные микромашины и синхронные микродвигатели , страница 13

Кривую зависимости вращающего момента асинхронного двигателя от скольжения точка экстремума разбивает на восходящую и нисходящую ветви. На восходящей ветви при возрастании момента сопротивления скольжение увеличивается , возрастает вращающий момент и восстанавливается нарушенное равновесие моментов. На нисходящей ветви возрастание момента сопротивления также приводит к возрастанию скольжения, но при этом вращающий момент монотонно уменьшается и двигатель в конце концов останавливается . Таким образом , восходящей ветви зависимости момента от скольжения соответствует устойчивая работа двигателя ( устойчивое равновесие вращающего и противодействующего моментов), а нисходящей ветви неустойчивая работа двигателя. (9) Критический момент асинхронного двигателя , соответствующий точке экстремума рассматриваемой функции называют еще опрокидывающим моментом, а процесс остановки двигателя под влиянием момента сопротивления превышающего критический, называют опрокидыванием (10) . Отношение критического момента к номинальному характеризует перегрузочную способность асинхронного двигателя, и поэтому опрокидывающий момент называют иногда перегрузочным моментом. Для двигателей нормального исполнения перегрузочный момент обычно превышает номинальный более чем в два раза.

Вопросы для самоконтроля.

1.Почему АД стараются использовать при малых скольжениях ротора? (1)

2. Приведите расчетную формулу вращающего момента. (2)

3. Как, через поток в зазоре АД, определяют его критический момент ? (3)

4.Приведите формулу зависимости вращающего момента АД от скольжения? (4)

5. Какое скольжение называют критическим и почему? (5)

6. Как сопротивление ротора влияет на критический момент и критическое скольжение АД? (6,7)

7. Как изменение критического скольжения влияет на пусковой момент АД? (8)

8. Какой части механической характеристики соответствует устойчивая работа АД? (9)

0. Что такое опрокидывание АД? (10)

§4 Механические и пусковые характеристики асинхронного двигателя

П1 Механические характеристики двигателя

Учитывая, что частота вращения ротора двигателя однозначно связана со скольжением можно на основе зависимости вращающего момента двигателя от скольжения построить зависимость частоты вращения ротора от вращающего момента. Такая зависимость называется механической характеристикой асинхронного двигателя.

Рис.13 Естественные и реостатные характеристики АД

(1)На рисунке 13 представлен вид четырех механических характеристик двигателя с фазным ротором . Первой (а) — соответствует отсутствие сопротивления в цепи ротора. Остальным — присутствие некоторого сопротивления. Там же представлены характеристики механизмов ,предназначенных для сочленения с двигателем, с моментами сопротивления не зависящими от частоты вращения. Точке 1 соответствует устойчивый режим работы характеризуемый параметрами режима М₁ и . При частоте вращения ротора от 0 до вращающий момент больше противодействующего и ротор разгоняется. Со вторым механизмом двигатель на естественной механической характеристике в точке 2 работать не может, так как этой точке соответствует режим неустойчивой работы. Более того , двигатель даже не может запуститься, так как при частотах вращения ротора вращающий момент меньше противодействующего.

Если запустить двигатель на искусственной характеристике (в), при введенном в цепь ротора сопротивлении, то двигатель запустится и начнет работать в точке 4. При выводе сопротивления из цепи ротора, вращающий момент , соответствующий частоте естественной характеристики , станет больше противодействующего момента М₂ и двигатель будет ускоряться до точки 3. Этой точке соответствует устойчивая работа асинхронного двигателя с моментом сопротивления на валу М₂ .

Что называется критическим моментом асинхронного двигателя

Эта формула называется уточненной формулой Клосса.

В подразд. 8.3 для некоторого конкретного привода приведены результаты расчета механических характеристик, позволяющие оценить погрешность, связанную с переходом от Т-образной схемы замещения к Г-образной.

и/регулированием, или скалярным регулированием, скорости электропривода с асинхронным двигателем называют регулирование, при котором изменение скорости достигается путем воздействия на частоту напряжения на статоре при одновременном изменении модуля этого напряжения. При и/-регулировании напряжение и ток рассматриваются как скалярные величины, т.е. используются модули этих величин. Способ регулирования базируется на схеме замещения асинхронного двигателя (см. рис. 1.2), и на выражении для электромагнитного момента (2.2).

При и -регулировании вид механической характеристики определяется тем, как соотносятся между собой частота и значение напряжения питания статора двигателя. Таким образом, частота и напряжение выступают как два управляющих воздействия, которые обычно регулируются совместно. При этом частота принимается за независимое воздействие, а значение напряжения при данной частоте определяется исходя из того, как должен изменяться вид механических характеристик привода при изменении частоты, т.е., в первую очередь, из того, как должен изменяться в зависимости от частоты критический момент. Такой способ регулирования скорости привода с асинхронным двигателем называется частотным, а характер согласования напряжения и частоты — законом частотного регулирования, определяемым требованиями, предъявляемыми к приводу конкретного объекта, для которого предназначен электропривод.

В значительном числе случаев желаемым законом регулирования считается такой, при котором во всем диапазоне регулирования скорости поддерживается постоянство перегрузочной способности двигателя

где Afmax доп — момент, максимально допустимый по условиям работы двигателя; Мн — номинальный момент.

Для асинхронного двигателя с номинальным моментом Мн это требование сводится к необходимости поддержания постоянства критического момента во всем диапазоне регулирования скорости изменением частоты.

Часто для реализации такого закона регулирования необходимо обеспечить постоянство отношения U/f = const или, что то же

самое, U /щ = const. Однако это справедливо лишь при пренебрежении активным сопротивлением обмотки статора. Покажем это, положив Л, = 0 в формуле (2.2). Тогда выражение для момента двигателя приобретет вид

ней мощности, то пренебрежение активным сопротивлением статорной обмотки может привести к тому, что требование поддержания постоянства критического момента при изменении частоты выполняться не будет. Следовательно, в общем случае закон частотного регулирования, при котором напряжение меняется пропорционально частоте, не обеспечивает независимости критического момента от частоты. Это иллюстрирует рис. 8.4 (см. подразд. 8.3), на котором представлены механические характеристики, выполненные с соблюдением соотношения 11Х/Щ = const.

Между тем, как видно из Т-образной схемы замещения (см. рис. 1.2) , при пренебрежении активным сопротивлением статорной обмотки напряжение С/, равно напряжению за активным сопротивлением Еа. Из этого следует, что формулы (6.7) и (6.8) могут быть использованы и при Rx * 0, если в них заменить напряжение на статоре Ux на напряжение за активным сопротивлением статора Еа и записать эти формулы в виде:

2 со0элн ах2 со0 j

Таким образом, в общем случае для поддержания постоянства перегрузочной способности двигателя при частотном регулировании необходимо выполнять закон частотного регулирования в виде:

Еа I щ = const.(6.10)

Из формулы (6.9) видно, что при этом момент двигателя зависит только от значения роторной частоты и не зависит от текущего значения частоты напряжения питания. Вид механических характеристик показан на рис. 6.4. Частота й0 определяет только положение механических характеристик по высоте относительно оси абсцисс.

Для обеспечения закона частотного регулирования, определяемого выражением (6.10), напряжение на статорных обмотках нужно увеличивать по сравнению с Еа на величину падения напряжения в статорной обмотке IXRX от тока статора. На рис. 6.5, где все переменные величины рассматриваются в относительных единицах, приведены три варианта упрощенных функциональных схем, поясняющие принципиальные возможности реализации закона регулирования Еа/щ — const. На каждой схеме асинхронный двигатель М получает питание от преобразователя частоты (ПЧ), вход-

Номинальный, максимальный и пусковой момент асинхронного двигателя. Формула Клосса

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

Критический момент не зависит от активного сопротивления ротора, но зависит от подведенного напряжения. При уменьшении U₁ 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.

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.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

2.1.4 Вращающий момент асинхронного двигателя

Согласно схеме замещения (рисунок 2.3) уравнение электромагнитной мощности имеет вид

.

Приведенное значение тока роторной обмотки

(2-17)

, (2-18)

где m – число фаз статора; .

При анализе электромагнитных процессов в машинах общего применения очень часто полагают с₁1, что существенно облегчает расчеты и мало сказывается на точности полученных результатов. Г – образную схему замещения при с₁1 называют упрощенной. Для данной схемы электромагнитный момент

(2-19)

В соответствии с этим выражением зависимость M=f(s), называемая механической характеристикой, имеет вид рисунка 2.4.

На рисунке максимальный (критический) момент, развиваемый при критическом скольжении sКр, при некоторых допущениях равен:

, (2-20)

. (2-21)

При пуске, когда s= +1, двигатель развивает пусковой момент M_П. В номинальном режиме при s_н двигатель имеет номинальный момент М_н.

Для расчета механической характеристики можно использовать упрощенную формулу Клосса

, (2-22)

где s – скольжение, при котором определяется момент М.

Рисунок 2.4 Зависимость M=f(s) для асинхронного двигателя

Формула Клосса вместе с выражением для определения частоты вращения ротора n=n₁(1-s) позволяет получить механическую характеристику в виде зависимости n = f(M) (рисунок 2.5).

Рисунок 2.5 Механическая характеристика асинхронного двигателя

Более точные кривые M = f(s) и n = f(M) можно получить, если воспользоваться уточненной формулой Клосса:

, (2-23)

где ; c₁=1+x₁/x_m; . (2-24)

В расчете можно принять a=2 [5].

Рабочими характеристиками асинхронного двигателя называют зависимости потребляемой мощности Р₁, первичного тока I₁, коэффициента мощности cos₁, момента на валу М₂, скольжения s и КПД  от полезной мощности Р₂ при работе с номинальными напряжением и частотой.

Вид отмеченных характеристик представлен на рисунке 2.6.

Рисунок 2.6 Рабочие характеристики асинхронного

2.2 Задания на выполнение курсовой и контрольной работ по разделу «Асинхронные двигатели»

2.2.1 Задача 2 курсовой работы для студентов зт – IV «Расчет характеристик асинхронного двигателя»

Для трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором необходимо:

а) рассчитать и построить рабочие характеристики, т.е. зависимости частоты вращения n, вращающего момента М₂, КПД , тока статора I₁, потребляемой мощности P₁ и коэффициента мощности cos₁ в функции полезной мощности Р₂;

б) определить величину критического скольжения s_KР, максимального М_max и пускового М_п моментов и их относительные значения М_m  и М_п  ;

в) рассчитать и построить зависимость электромагнитного момента от скольжения M = f(s) при изменении скольжения от нуля до единицы;

г) рассчитать и построить механическую характеристику двигателя n = f(M).

Числовые значения исходных величин берутся студентом из таблицы

2.1 согласно двум последним цифрам учебного шифра.

При этом обмотка статора двигателя соединена звездой, частота сети f₁ равна 50 Гц. Параметры двигателя в таблице 2.1 приведены в относительных единицах (о.е.); для определения размерных величин сопротивлений нужно воспользоваться соотношениями:

r = r * z_б ; x = x * z_б; z = z * z_б,

где r  , x  , z  — сопротивления в относительных единицах;

z_б — базисное сопротивление, равное z_б =

Для расчета механической характеристики целесообразно использовать уточненную формулу Клосса (2-23).