Что называется механической характеристикой асинхронного двигателя

Механическая характеристика асинхронного двигателя

Для целей электропривода большое значение имеет зависимость частоты вращения двигателя от нагрузки на валу ; эта зависимость называется механической характеристикой (см. рис. 2). На графике механической характеристики можно выделить точки, соответствующие основным режимам работы:

а – идеальный холостой ход

( );

b – номинальный режим, на который рассчитан двигатель заводом-изготовителем

( );

с – критический режим

( );

d– начало пуска

( – пусковой момент).

Рис. 2

Наличие у асинхронных двигателей физически означает, что к нему можно прикладывать тормозной момент только до определенного предела.

При двигатель останавливается, поэтому максимальный момент называется критическим, участок cd – неустойчивая пусковая часть характеристики.

Часть характеристики от точки с до а– устойчивая рабочая ветвь.

Одной из важных величин, характеризующих асинхронный двигатель, является перегрузочная способность

,

где – коэффициент, определяющий перегрузочную способность.

Коэффициент всегда больше 1, что обеспечивает запас устойчивости и предотвращает внезапные остановки двигателя при случайных колебаниях напряжения сети или тормозного момента на валу.

Следует отметить, что изменение частоты вращения асинхронных двигателей при изменении нагрузки от нуля (холостой ход) до полной (номинальный режим) весьма невелико, так как их номинальное скольжение обычно находится в пределах 0,02-0,05. Поэтому механическая характеристика является жесткой. Рассмотренная механическая характеристика (см. рис. 2, кривая 1) называется естественной, так как построена для случая, когда ; , и в цепях статора и ротора отсутствуют какие-либо добавочные сопротивления.

Кривая 2 (см. рис. 2) называется искусственной характеристикой. Эта характеристика более мягкая, получается при включении добавочного сопротивления в цепь фазного ротора.

Что называется механической характеристикой асинхронного двигателя

Электротехника и радиоэлектроника

Пестрикова И.Е., Лопатина Л.Г., Панарина И.В.

Омский государственный технический университет, Россия

Механическая характеристика асинхронного двигателя

В настоящее время асинхронные машины используются в основном в режиме двигателя. Машины мощностью больше 0,5 кВт обычно выполняются трёхфазными, а при меньшей мощности – однофазными.

Впервые конструкция трёхфазного асинхронного двигателя была разработана, создана и опробована русским инженером М.О. Доливо-Добровольским в 1889-1891 годах. Демонстрация первых двигателей состоялась на Международной электротехнической выставке во Франкфурте на Майне в сентябре 1891 года. На выставке было представлено три трёхфазных двигателя разной мощности. Самый мощный из них имел мощность 1,5 кВт и использовался для приведения во вращение генератора постоянного тока. Конструкция асинхронного двигателя, предложенная Доливо-Добровольским, оказалась очень удачной и является основным видом конструкции этих двигателей до настоящего времени.

За прошедшие годы асинхронные двигатели нашли очень широкое применение в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства. Их используют в электроприводе металлорежущих станков, подъёмно-транспортных машин, транспортёров, насосов, вентиляторов. Маломощные двигатели используются в устройствах автоматики.

Широкое применение асинхронных двигателей объясняется их достоинствами по сравнению с другими двигателями: высокая надёжность, возможность работы непосредственно от сети переменного тока, простота обслуживания [1].

Для правильной эксплуатации асинхронного двигателя необходимо знать его характеристики. Одной из основных характеристик асинхронного двигателя, является механическая характеристика.

Механической характеристикой двигателя называется зависимость частоты вращения ротора от момента на валу n = f ( M 2). Так как при нагрузке момент холостого хода мал, то M 2 ≈ M и механическая характеристика представляется зависимостью n = f ( M ). Если учесть взаимосвязь s = ( n 1 — n ) / n 1, то механическую характеристику можно получить, представив ее графическую зависимость в координатах n и М (рис. 1).

Рис. 1. Механическая характеристика асинхронного двигателя

Естественная механическая характеристика асинхронного двигателя соответствует основной (паспортной) схеме его включения и номинальным параметрам питающего напряжения. Механические характеристики являются очень удобным и полезным инструментом при анализе статических и динамических режимов электропривода.

Пример расчета механической характеристики асинхронного двигателя. Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором питается от сети с напряжением = 380 В при = 50 Гц. Параметры двигателя: P _н =14 кВт, n_H =960 об/мин, cos φ_н=0,85, η _H =0,88, кратность максимального момента k м=1,8.

Определить: номинальный ток в фазе обмотки статора, число пар полюсов, номинальное скольжение, номинальный момент на валу, критический момент, критическое скольжение и построить механическую характеристику двигателя.

Решение. Номинальная мощность, потребляемая из сети

P _1н = P _н / ηн = 14 / 0,88 = 16 кВт.

Номинальный ток, потребляемый из сети

Число пар полюсов

p = 60 f / n 1 = 60 х 50 / 1000 = 3,

где n 1 = 1000 – синхронная частота вращения, ближайшая к номинальной частоте n н= 960 об/мин.

s н = ( n 1 — n н) / n 1 = (1000 — 960 ) / 1000 = 0,04

Номинальный момент на валу двигателя

Мк = k м х Мн = 1,8 х 139,3 = 250,7 Н·м.

Критическое скольжение находим подставив М = Мн, s = s н и Мк / Мн = k м.

Для построения механической характеристики двигателя с помощью n = ( n 1 — s ) определим характерные точки: точка холостого хода s = 0, n = 1000 об/мин, М = 0, точка номинального режима S_H = 0,04, N _H = 960 об/мин, Мн = 139,3 Н·м и точка критического режима S_k = 0,132, N_k = 868 об/мин, Мк =250,7 Н·м.

Для точки пускового режима S_п = 1, n = 0 находим

По полученным данным строят механическую характеристику двигателя. Для более точного построения механической характеристики следует увеличить число расчетных точек и для заданных скольжений определить моменты и частоту вращения [2].

Построенная по паспортным данным двигателя механическая характеристика называется естественной. Если изменять величину подведенного напряжения, активное сопротивление ротора или другие параметры, то можно получить механические характеристики, отличные от естественной, которые называют искусственными.

На рис. 2 приведены механические характеристики двигателя при разной величине подведенного напряжения.

Как следует из рис. 2 при понижении подведенного напряжения частота вращения магнитного поля n 0 остается неизменной, а уменьшается критический M кр и пусковой M пуск моменты, т.е. снижается перегрузочная способность и ухудшаются пусковые свойства двигателя. При понижении подведенного напряжения механическая характеристика становится мягче.

На рис. 3 приведены механические характеристики двигателя при разной величине активного сопротивления ротора.

Как следует из рис. 3 при увеличении активного сопротивления обмотки ротора за счет введения реостата R _доб в цепь фазного ротора сохраняется неизменным M _кр , т.е. сохраняется перегрузочная способность двигателя, но происходит увеличение пускового момента. Частота вращения в режиме идеального холостого хода остается неизменной, равной n 0 [3] . С увеличением активного сопротивления обмотки ротора механические характеристики становятся мягче, т.е. ухудшается устойчивость работы двигателя.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Механическая характеристика трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротор

Схема включения асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором показана на рис. 7.1, а. Механическая характеристика двигателя выражает зависимость между вращающим моментом и частотой вращения п, угловой скоростью или скольжением s.

Упрощенное уравнение механической характеристики асинхронного двигателя (формула Клосса) имеет вид

Зная величину Мн и si; и задаваясь значениями s, можно построить механическую характеристику асинхронного двигателя (рис. 7.1, б).

Участок 1, 2 представляет собой рабочую, устойчивую часть характеристики, на которой двигатель работает устойчиво. Потеря скорости при изменении нагрузки составляет 3—6% номинальной, поэтому эту часть характеристики относят к разряду жестких.

Участок характеристики 2, 3 — нерабочий. Двигатель работать под нагрузкой на этой части характеристики не может, поэтому эту часть характеристики называют неустойчивой.

Отношение критического момента Mti к номинальному /Ином называется перегрузочной способностью двигателя Л:

Отношение пускового момента Ма к номинальному Меом называется кратностью пускового момента

Такой частоты вращения ротор двигателя не может достичь самостоятельно, так как для этого необходимо, чтобы момент сопротивления был равен нулю.

Величина пускового тока в 3—8 раз больше номинального, поэтому недопустимо держать включенным двигатель, если он не развернулся после включения или если он опрокинулся (остановился) в результате перегрузки.

Трехфазный асинхронный электродвигатель с коротко- замкнутым ротором имеет следующие положительные качества: простота конструкции; отсутствие нормально искрящих частей; большая перегрузочная способность и жесткость характеристики; надежность в работе и дешевизна в изготовлении.

Наряду с положительными качествами электродвигатель с короткозамкнутым ротором имеет следующие недостатки: высокая чувствительность двигателя к колебаниям напряжения; большой пусковой ток; малый пусковой момент.

Учитывая особенности механической характеристики асинхронных электродвигателей с короткозамкутым ротором, применять их рекомендуется для установок с жесткой характеристикой, перегружаемых в процессе работы и запускаемых без нагрузки.

Трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором общего назначения из-за малых пусковых моментов и больших пусковых токов мало пригодны для привода горных машин. Для них созданы специальные короткозамкнутые электродвигатели с уменьшенным пусковым током и увеличенным пусковым моментом, v В основу улучшения пусковых свойств короткозамкнутых двигателей положен принцип автоматического включения дополнительного активного сопротивления в обмотку ротора на период пуска при сохранении принципиального устройства короткозамкнутого ротора. Осуществление этого принципа достигается за счет специальной конструкции обмоток ротора, активное сопротивление которых автоматически изменяется по мере изменения скольжения в двигателе. Для этого обмотки ротора выполняются либо с глубоким пазом (рис. 7.2, б), либо с двойной «беличьей клеткой» (рис. 7.2, а).

Механические характеристики двигателя с глубоким пазом 1 и двигателя с двойной «беличьей клеткой» 2 приведены на рис. 7.2 в.

Как видно из характеристик, пусковой момент двигателя с двойной «беличьей клеткой» больше критического, поэтому опрокидывание этого двигателя в результате перегрузки менее вероятно. Даже при вынужденной остановке двигатель сохранит большой пусковой момент п легко разгонится, как только будет устранена причина перегрузки.

Расчет механических характеристик асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором

Главная > Курсовая работа >Физика

СЕВАСТОПОЛЬСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГИИ И ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Расчетно-графическая работа № 1

по дисциплине: «Основы электропривода» и «Автоматизированный электропривод»

«Расчет механических характеристик асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором»

Выполнил: студент гр.ЭСЭ 24-в

технич. наук Назаренко В.Н.

Тема: РАСЧЕТ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ (АД) С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ

1) Закрепить и углубить теоретические знания по определению свойств электродвигателей электроприводов по их механическим характеристикам.

2) Освоить методики расчета механических характеристик электроприводов в двигательном и тормозном режимах.

1) Рассчитать параметры обмотки статора и ротора асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

2) Произвести расчет механической характеристики асинхронного двигателя в двигательном режиме по приближенной формуле М.Клосса.

3) Произвести расчет механической характеристики асинхронного двигателя в режиме динамического торможения.

4) Построить механические характеристики исполнительного механизма и асинхронного двигателя в двигательном и тормозном режимах.

1) Технические данные двигателей нормального исполнения представлены в табл. и

2) Динамическое торможение асинхронного двигателя производиться по схеме соединения обмоток статора в звезду табл.

3) При расчете механической характеристики асинхронного двигателя в режиме динамического торможения принять

4) Момент сопротивления исполнительного механизма

1.1 Особенности расчета характеристик и определение параметров асинхронных короткозамкнутых двигателей по каталожным данным

Параметры АД являются переменными, изменяющимися в зависимости от скольжения машины, что определяется насыщением зубцового слоя и вытеснением тока ротора. Изменение параметров АД значительно затрудняет расчет их механических характеристик. Механической характеристикой называется зависимость частоты вращения ротора двигателя или скольжения от момента, развиваемого двигателем при установившемся режиме работы: n=f(M) или s=f(M).[4]

Рис.1.Механическая характеристика АД

В последующих расчетах характеристик АД в различных схемах включения основное внимание уделяется учету влияния изменения R индукт контура намагничивания, т.к. оно определяет точность расчетов. Характер изменения остальных параметров схемы замещения или не учитывается, или учитывается косвенно.

Схема замещения АД представляет собой электрическую схему, в которой вторичная цепь (обмотка ротора) соединена с первичной цепью (обмотка статора) гальванически вместо магнитной связи, существующей в двигателе.[4]

Рис.2. Схема замещения АД

В каталогах на двигатели параметры схем замещения не указываются, а приводимые данные относятся к номинальному режиму работы. И хотя каталожных данных в ряде случаев достаточно для расчета механических характеристик, эти расчеты не всегда точны. Ниже приводятся выражения, позволяющие рассчитывать параметры схем замещения АД, а также ряд других параметров по приводимым в каталогах данным: линейному напряжению и линейному току статора, номинальным значениям мощности , частоты вращения , коэффициента мощности , и КПД , числу пар полюсов , кратностям максимального и пускового тока (приложение – таблица )

1.2 Исходные данные

Технические данные односкоростных электродвигателей серии МАП нормального исполнения на 1000 об/мин.