Электромеханическая характеристика асинхронного двигателя это

Электромеханическая характеристика асинхронного двигателя это

«Радикальный способ энергосбере­жения в электроприводе переход от нере­гулируемого электропривода к регулируе­мому»: переход к широкому внедрению электромашиннопреобразовательных управляемых электромеханических систем. Именно эти системы потенциально способ­ны экономить десятки процентов электро­энергии от ее общих затрат на реализацию технологических процессов. Естественно, применительно к асинхронному управляе­мому электроприводу необходимость про­изводить оценку экономической эффектив­ности при разработке мероприятий приво­дит к необходимости более точного и обос­нованного определения основных характе­ристик асинхронных двигателей, в частно­сти: уточнения механических и электроме­ханических характеристик АД.

В данной статье рассматривается по­строение электромеханической характери­стики АД зависимости потребляемого фазой двигателя тока I₁ от скольжения S (или скорости вращения ротора n) при неизменных фазных напряжений U₂ и час­тоте f ₂, . Уточнение достигается за счет построения характеристики не по Гобразной схеме замещения или Тобразной с различными упрощающими предположе­ниями, а по полной Тобразной схеме за­мещения с последовательным контуром намагничивания и параметрами: r₀, r₁, r₂

активными сопротивлениями; x₀, x₁, x₂ индуктивными сопротивлениями (сопро­тивления r₂, x₂ приведены к обмотке ста тора двигателя).

Введем следующие обозначения со­противлений схемы замещения АД (пара­метры ротора приведены к обмотке статора):

Ранее нами было показано, что момент на валу двигателя определяется выраже нием [1]:

Здесь М_н-номинальный момент, k_m-кратность максимального момента, S_k-критическое скольжение, λ-параметр. Критическое скольжение S_k и параметр λ оп­ределяются выражениями

Учитывая взаимосвязь между моментом (2) и током в обмотке ротора I₂, приведен ным к обмотке статора

Ток I₁, потребляемый двигателем, может быть выражен через ток I₂ и па­раллельно соединенные сопротивления Z₀ и Z₂ следующим образом:

Поэтому на основании правила (-комплексно-сопряженное значение тока ) через выражение (5) находим:

или после преобразований:

Три любых известных значений тока при известных трех значениях скольжения S приводят к трем уравнениям относи­тельно параметров d, e, f (10). Если же из­вестны параметры схемы замещения, то тогда определение параметров (10) осуществляется непосредственно по формулам (10). Как правило каталожные данные содержат данные, позволяющие найти значения номинального I₁ = I_1M, S = S_н и пускового I_p=k₁I_н, S=1 токов. В качестве третьего значения тока I₁, целесообразно выбрать ток холостого хода I₁ = I_1x , S=0, поскольку он также либо может быть определен по каталожным данным, либо имеет достаточно приемлемые оценки. В ре­зультате из (9) получим три уравнения относительно коэффициентов d, е, f:

Система уравнений (11) (13) имеет единственное решение

Таким образом, все коэффициенты и параметры уравнения (9) могут быть вы числены либо на основании известных параметров схемы замещения (1) в тех случа­ях, когда они определены расчетным или экспериментальным путем; либо на осно­вании каталожных данных, непосредственно содержащихся в каталогах или полученных из них простым перерасчетом: M_н,M_р,I_1р,I_1н,I_1х,S_н,U₁,m₁,p,f₁. Окончательно электромеханическая характеристика АД получается из вы­ражений (9), (14) (16) в следующем виде:

Типичный вид электромеханической характеристики для электрических двигателей различной мощности и габаритов приведен на рис. 1.

Механическая и электромеханиче­ская характеристики асинхронного двига­теля (2), (15) определяют основные свойст­ва двигателя как потребителя элек­трической энергии из сети и источника ме­ханической энергии для привода рабочих машин.

Выполненные расчеты представлены в табл.1.

В [1] было показано что, условием физической реализуемости выражения для механической характеристики является выполнение неравенства λ

Курсовая Методики анализа и расчета выпрямителей

Скорость всех электродвигателей (кроме синхронного) является функцией электромагнитного момента и, следовательно, момента нагрузки на валу, которое в установившемся режиме работы привода уравновешивают друг друга. Поэтому заданная скорость рабочего органа электрифицируемого механизма используется лишь на первых порах проектирования для предварительного выбора двигателя. В дальнейшем для каждого режима скорость электропривода должна быть взята из механической характеристики выбранного двигателя.

Таким образом, вслед за выбором двигателя необходимо сразу же рассчитать и построить естественную механическую характеристику этого двигателя (если она не приведена в каталоге).

Построение естественной механической характеристики асинхронного двигателя

Как известно, механическая характеристика выражает зависимость между скоростью двигателя и развиваемым им электромагнитным моментом: ω = f (M). В асинхронных машинах скорость ω однозначно связана со скольжением s:

поэтому механическую характеристику асинхронных двигателей часто выражают в виде зависимости между моментом и скольжением, т.е. M = f (s), которая является более удобной при выполнении многих расчетов (рис.7).

Естественную механическую характеристику строят по так называемой формуле Клосса:

где M и S – текущие значения момента и скольжения;

SКР – критическое скольжение, соответствующее значению критического (максимального) момента MКР

– коэффициент, выражающий отношение активного сопротивления фазы статора r1 и приведенному значению активного сопротивления фазы ротора .

Для большинства асинхронных двигателей с фазным ротором , для многих асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором

В каталогах на асинхронные двигатели обычно приводится перегрузочная способность

пользуясь которой можно определить критический момент двигателя:

В уравнениях механической характеристики используется электромагнитный момент двигателя, который через момент на валу при номинальном режиме МВ.Н. можно выразить как

где РЭ.Н. – электромагнитная номинальная мощность двигателя;

ΔММЕХ.Н – момент, обусловленный механическими потерями в двигателе ΔРМЕХ.Н при номинальном режиме.

Если принять механические потери в роторе ΔРМЕХ.Н равными 1% от номинальной мощности двигателя, то электромагнитный номинальный момент двигателя можно выразить уравнением

где РН – номинальная мощность (на валу) двигателя.

Необходимое для использования формулы Клосса критическое скольжение Sкр можно определить из выражения

где – индуктивное сопротивление короткого замыкания двигателя. Знак «плюс» (+) – для двигательного режима, «минус» (–) – для генераторного.

Однако в каталогах на асинхронные двигатели часто не приводятся сопротивления обмоток. В этих случаях критическое скольжение Sкр определяется в результате решения уравнения (42), записанного для номинального режима работы двигателя, т.е. при М = МН; S = SH:

где – номинальное скольжение;

– синхронная угловая скорость, для определения которой p берется из обозначения типа выбранного двигателя.

Для двигателей значительной мощности

В этих случаях, а также во многих инженерных расчетах, к результатам которых не предъявляют повышенных требований в отношении точности, пренебрегают значением активного сопротивления обмотки статора (r1 ≈ 0). Тогда

и получают так называемую упрощенную формулу Клосса

где SКР находится аналогичным путем и имеет следующее выражение:

В уравнениях (49) и (51) знак «минус» (–) отбрасывается, как не соответствующий физическому смыслу.

Построенные по уравнениям (42) ж (50) механические характеристики близки к экспериментальным на участке, соответствующем скольжениям от S = 0 до S = SКР. При скольжениях от SKP до SП = 1 формула Клосса дает недопустимые погрешности. Поэтому для асинхронных короткозамкнутых двигателей небольшой и средней (несколько десятков киловатт) мощности при расчете укатанного участка механической характеристики рекомендуется использовать Формулу предложенную автором,

которая получена из формулы Клосса введением расчетного коэффициента

где – соотношение пускового и максимального моментов двигателя;

– кратность пускового момента

Значение SКР определяется из выражения (51).

§ 10. Построение механических характеристик двигателей

Построение естественной механической характеристики двигателя с независимым (параллельным) возбуждением

Уравнения естественных электромеханической характеристики

и механической характеристики

выражают линейную зависимость скорости двигателя от тока в якоре или электромагнитного момента двигателя (рис.8). Как и всякие прямые, они могут быть построены по двум точкам. Каждая точка механической характеристики определяет тот или иной режим работы двигателя. Наиболее полную информацию мы обычно имеем о режимах идеального холостого хода и номинальном режиме, которые определяются соответственно точками 1 (М = 0; ω = ω0) и 2 (М = МН; ω = ω0).

В каталоге на выбранный двигатель, очевидно, будет указана частота вращения n, об/мин, по которой возможно определить необходимую для расчетов номинальную угловую скорость двигателя.

Для определения скорости идеального холостого хода ω0 и номинального момента МН необходимо знать коэффициент постоянного потока к = сФ, который можно найти в результате решения уравнения электромеханической характеристики, записанного для номинального режима работы двигателя:

где ток якоря Ia предполагается равным потребляемому двигателем из сети току I (Iaн ≈ IH) и в дальнейшем индекс а поэтому будем опускать (т. к. ток возбуждения іВ = 0,01 – 0,05 Iа).

Сопротивление цепи якоря (если оно не дано в каталоге) можно найти, предположив, что двигатель имеет максимальный к.п.д. при номинальной нагрузке. Тогда, исходя из равенства постоянных и переменных потерь:

После этого легко определяются координаты

Следует иметь в виду, что для построения механической характеристики используется электромагнитный момент М, а не момент на валу

который отличается от электромагнитного М на величину момента потерь в двигателе ΔМ:

где знак «минус» (–) берется для двигательного режима, «плюс» (+) – для тормозного.

Электромеханическая характеристика асинхронного двигателя это

Введение

Асинхронный двигатель (АД) — электрический двигатель, нашедший очень широкое применение в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства. АД с короткозамкнутым ротором обладает особенностями, обуславливающими его широкое распространение: простота в изготовлении, а это означает низкую начальную стоимость и высокую надежность; высокая эффективность вместе с низкими затратами на обслуживание приводят в итоге к низким общим эксплуатационным расходам; возможность работы непосредственно от сети переменного тока.

Режимы работы асинхронного электродвигателя

Двигатели с короткозамкнутым ротором — асинхронные машины, скорость которых зависит от частоты питающего напряжения, числа пар полюсов и нагрузки на валу. Как правило, при поддержании постоянного напряжения питания и частоты, если игнорируется изменение температуры, момент на валу будет зависеть от скольжения.

Вращающий момент АД можно определить по формуле Клосса:

, (1)

где , — критический момент, — критическое скольжение.

Кроме двигательного режима асинхронный двигатель имеет ещё три тормозных режима: а) генераторный тормозной с отдачей энергии в сеть; б) торможение противовключением; в) динамическое торможение.

При положительном скольжении машина с короткозамкнутым ротором будет действовать как двигатель, при отрицательном скольжении — как генератор. Из этого следует, что ток якоря двигателя с короткозамкнутым ротором будет зависеть только от скольжения. При выходе машины на синхронную скорость ток будет минимальным.

Генераторное торможение АД с отдачей энергии в сеть наступает при частоте вращения ротора, превышающей синхронную. В этом режиме электродвигатель отдаёт в сеть активную энергию, а из сети в электродвигатель поступает реактивная энергия, необходимая для создания электромагнитного поля.

Механическая характеристика для генераторного режима является продолжением характеристики двигательного режима во второй квадрант осей координат.

Торможение противовключением соответствует направлению вращения магнитного поля статора, противоположному вращению ротора. В этом режиме скольжение больше единицы, а частота вращения ротора по отношению к частоте вращения поля статора — отрицательна. Ток в роторе, а следовательно, и в статоре достигает большой величины. Для ограничения этого тока в цепь ротора вводят добавочное сопротивление.

Режим торможения противовключением наступает при изменении направления вращения магнитного поля статора, в то время как ротор электродвигателя и соединённые с ним механизмы продолжают вращение по инерции. Этот режим возможен также и в случае, когда поле статора не меняет направления вращения, а ротор под действием внешнего момента изменяет направление вращения.

В данной статье рассмотрим построение механической характеристики асинхронного двигателя в двигательном режиме.

Построение механической характеристики с помощью модели

Паспортные данные АД ДМТ f 011-6у1: Uф =220 — номинальное фазное напряжение, В; p=3 — число пар полюсов обмоток; n=880 — скорость вращения номинальная, об/мин; Pн=1400 — мощность номинальная, Вт; Iн=5,3 — ток ротора номинальный, А; η = 0.615 — к.п.д. номинальный, %; cosφ = 0.65 — cos(φ) номинальный; J=0.021 — момент инерции ротора, кг·м 2 ; Ki = 5.25 — кратность пускового тока; Kп = 2.36 — кратность пускового момента; Kм = 2.68 — кратность критического момента.

Для исследования эксплуатационных режимов асинхронных двигателей используются рабочие и механические характеристики, которые определяются экспериментально или рассчитываются на основе схемы замещения (СЗ). Для применения СЗ (рис.1) необходимо знать её параметры:

• R₁, R₂‘, R_M — активные сопротивления фаз статора, ротора и ветви намагничивания;
• X₁, X₂‘, X_M — индуктивные сопротивления рассеяния фаз статора ротора и ветви намагничивания.

Эти параметры требуются для определения пусковых токов при выборе магнитных пускателей и контакторов, при выполнении защит от перегрузок, для регулирования и настройки системы управления электроприводом, для моделирования переходных процессов. Кроме того, они необходимы для расчета пускового режима АД, определения характеристик асинхронного генератора, а также при проектировании асинхронных машин с целью сопоставления исходных и проектных параметров [3].

Рис. 1. Схема замещения асинхронного двигателя

Воспользуемся методикой расчёта параметров схемы замещения [3] для определения активных и реактивных сопротивлений фаз статора и ротора. Значения коэффициента полезного действия и коэффициента мощности при частичных нагрузках, необходимые для расчётов, приведены в техническом каталоге [4 стр.10]: pf = 0.5 — коэффициент частичной нагрузки, %; Ppf = Pн·pf — мощность при частичной нагрузке, Вт; η _pf = 0.56 — к.п.д. при частичной нагрузке, %; cosφ_pf = 0.4 — cos(φ) при частичной нагрузке.

Значения сопротивлений в схеме замещения: X₁=4.58 — реактивное сопротивление статора, Ом; X₂‘=6.33 — реактивное сопротивление ротора, Ом; R₁=3.32 — активное сопротивление статора, Ом; R₂‘=6.77 — активное сопротивление ротора, Ом.

Построим механическую характеристику асинхронного двигателя по формуле Клосса (1).

Скольжение определяют из выражения вида:

, (2)

где — скорость вращения ротора АД, рад/сек,

синхронная скорость вращения:

. (3)

Критическая скорость вращения ротора:

. (4)

. (5)

Точку критического момента определим из выражения

. (6)

Пусковой момент определим по формуле Клосса при s=1:

. (7)

По произведенным расчетам построим механическую характеристику АД (рис. 4). Для ее проверки на практике проведем эксперимент.

Построение экспериментальной механической характеристики

При проведении эксперимента используется лабораторный стенд НТЦ-13.00.000 «Электропривод». Имеется система, состоящая из АД, к валу которого в качестве нагрузки подключен двигатель постоянного тока (ДПТ) независимого возбуждения. Необходимо построить механическую характеристику асинхронного двигателя, используя паспортные данные асинхронной и синхронной машин и показания датчиков. Имеем возможность изменять напряжение обмотки возбуждения ДПТ, измерять токи на якоре синхронного и асинхронного двигателя, частоту вращения вала. Подключим АД к источнику питания и будем нагружать его, изменяя ток обмотки возбуждения ДПТ. Проведя эксперимент, составим таблицу значений из показаний датчиков:

Таблица 1 Показания датчиков при нагрузке асинхронного двигателя

Схема включения, электромеханические и механические характеристики асинхронных двигателей

Наиболее распространенными типами нерегулируемых электро­приводов являются электроприводы с короткозамкнутыми асинхрон­ными двигателями. Для нерегулируемых электроприводов характерен пуск электродвигателя прямым включением в сеть с помощью контакт­ной аппаратуры без промежуточных преобразователей электрической энергии.

Стандартная схема силовых цепей включения короткозамкнутого асинхронного двигателя с помощью контактов пускателя приведена на рис. 5.1.

Рис. 5.1. Схема включения короткозамкнутого асинхронного двигателя с использованием контактного пускателя

Для расчета характеристик асинхронного двигателя, как правило, пользуются его математической моделью, которая в общем случае представляется различными схемами замещения. Наиболее простой и удобной для инженерных расчетов асинхронного двигателя является Т-образная схема замещения (см. рис. 5.2).

Нарис. 5.2 приняты следующие обозначения:

Uij — фазное напряжение обмотки статора;

Щ — активное сопротивление обмотки статора;

Х1о — индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора;

11 — ток обмотки статора;

Ei — ЭДС обмотки статора;

— активное сопротивление обмотки ротора, приведенное к об­мотке статора;

Х2а — индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора, при­веденное к обмотке статора;

12 — ток обмотки ротора, приведенный к обмотке статора; s = (со0 — со)/со0 — скольжение;

оо0 = 2 ■ л ■ fi/zp — синхронная угловая скорость; со — угловая скорость асинхронного двигателя; zp — число пар полюсов;

fx — значение частоты напряжения переменного тока, подводимого к обмотке статора;

Ет — ЭДС от главного магнитного потока машины;

Е 2 ЭДС обмотки ротора, приведенная к обмотке статора.

Рис. 5.2. Схема замещения асинхронного двигателя

Векторная диаграмма токов, ЭДС и напряжений, удовлетворяющая системе уравнений (5.1), изображена на рис. 5.3.

Рис. 5.3. Векторная диаграмма асинхронного двигателя

Ток ротора /2, приведенный к обмотке статора асинхронного дви­

гателя, определяется зависимостью, получаемой непосредственно из схемы замещения асинхронного двигателя:

где XKYl = XiQ + Xiv — индуктивное сопротивление короткого замыка­ния.

Уравнение /2 = /( v) называется электромеханической характери-

стикой асинхронного двигателя.

Для короткозамкнутого асинхронного двигателя представляет ин­терес другая электромеханическая характеристика I= f ( v), отражаю­щая зависимость тока статора! от скольжения s.

Задаваясь скольжением s можно по (5.10) и (5.2) построить, соот­ветственно, механические и электромеханические характеристики асин­хронного двигателя, которые представлены на рис. 5.4.

Рис. 5.4. Статические характеристики асинхронного двигателя: а — механическая; б — электромеханическая

При скольжениях 0 1 — в генераторном режиме последовательно с сетью или в режиме торможения противовключени-

Механические характеристики, приведенные на рис 5.4, а имеют в двигательном режиме три характерные точки:

1) ,v = 0; М= 0, при этом скорость двигателя равна синхронной ®о = 2-л-/і/-р;

2) s = sK; М = Мвд, что соответствует точке с критическим сколь­жением и критическим моментом двигательного режима;

3) s = 1, при этом скорость двигателя будет равна нулю, а момент равен пусковому М = Ми.

Электромеханические характеристики, приведенные на рис 5.4, б, имеют две характерные точки в двигательном режиме:

1) ^ = 0; /2 = 0, при этом скорость двигателя равна синхронной ®о = 2-^-/1/zP ;

2) s = 1, при этом скорость двигателя будет равна нулю, а ток рото-

ра — току короткого замыкания (/2 = /2кз )•

Механические и электромеханические характеристики асинхронно­го двигателя не совпадают даже построенные в безразмерных единицах.

Различают естественную и искусственные механические характе­ристики асинхронного двигателя.

Под естественной механической характеристикой асинхронного двигателя будем понимать зависимость момента двигателя М от его скольжения s при номинальной схеме включения двигателя, номиналь­ных параметрах питающей сети (£/1н, /ін) и отсутствии добавочных со­противлений в цепях двигателя. Все остальные характеристики называ­ются искусственными. С помощью искусственных характеристик асин­хронного двигателя регулируют его скорость в соответствие с требова­ниями технологического процесса.

Как следует из уравнения механической характеристики асинхрон­ного двигателя (5.7), регулировать его скорость можно, изменяя один или несколько параметров:

U j — фазное напряжение обмоток статора двигателя;

Л’їдоб — добавочное активное сопротивление статора;

А»| Доб — добавочное индуктивное сопротивление статора;

і?2доб — добавочное активное сопротивление ротора, приведенное к обмотке статора;

Х2доб — добавочное индуктивное сопротивление ротора, приведен­ное к обмотке статора;

©о = 2 • л • flZp — синхронную угловую скорость изменением чис­ла пар полюсов Zp или частоты fx напряжения переменного тока, под­водимого к обмотке статора.

Из всего многообразия искусственных механических характери­стик асинхронного двигателя практический интерес в настоящее время могут представлять только следующие способы регулирования:

• регулирование скорости изменением добавочного активного сопротивления в цепи обмотки ротора асинхронного двигателя с фаз­ным ротором;

• регулирование скорости изменением фазного напряжения ко­роткозамкнутого асинхронного двигателя;

• частотное регулирование скорости короткозамкнутого асин­хронного двигателя.

Статические механические и электромеханические характеристики асинхронных двигателей благоприятны для пусков двигателей прямым включением в сеть. Поскольку пуск двигателя происходит достаточно быстро, то кратковременная перегрузка по току даже в 6 — 8 раз не опас­на для него ни с точки зрения больших ударных динамических момен­тов, ни с точки зрения больших пусковых токов, которые много меньше пусковых токов естественной характеристики двигателей постоянного тока независимого возбуждения той же мощности. Ограничения на пря­мой пуск асинхронных двигателей накладываются не самим двигателем, а питающей сетью.

Если сеть имеет ограниченную мощность или большое внутреннее сопротивление, то пусковые токи двигателя будут вызывать в этой сети большие падения напряжения. Естественно, что это скажется на режи­мах работы других потребителей энергии. По правилам Ростехнадзора напрямую можно запускать асинхронные двигатели, если их мощность

• Асинхронного двигателя по справочным данным
• Асинхронный двигатель
• Рекомендации по выбору бизнеса
• Строительное оборудование МСД
• Тепловые насосы

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД

Области применения червячного редуктора

Снижение оборотов вращения с усилением крутящего момента используется в механизмах с перекрещивающимися валами, которые востребованы в машиностроении, сельском хозяйстве, на транспорте. Киевский НТЦ «Редуктор» производит промышленные червячные редуктора, модернизирует старые …

Система векторного управления асинхронным электроприводом без датчика скорости

В частотно-регулируемых асинхронных электроприводах вектор­ное управление связано как с изменением частоты и текущих значений переменных (напряжения, тока статора, потокосцепления), так и со вза­имной ориентацией их векторов в декартовой системе координат. …

Частотное управление асинхронным электроприводом с компенсацией момента и скольжения

Сигналом тока можно воздействовать как на канал напряжения, так и на канал частоты. Функциональная схема электропривода с положи­тельными обратными связями по току в канале регулирования напряже­ния и частоты приведена на …

Продажа шагающий экскаватор 20/90

Цена договорная
Используются в горнодобывающей промышленности при добыче полезных ископаемых (уголь, сланцы, руды черных и
цветных металлов, золото, сырье для химической промышленности, огнеупоров и др.) открытым способом. Их назначение – вскрышные работы с укладкой породы в выработанное пространство или на борт карьера. Экскаваторы способны
перемещать горную массу на большие расстояния. При разработке пород повышенной прочности требуется частичное или
сплошное рыхление взрыванием.
Вместимость ковша, м3 20
Длина стрелы, м 90
Угол наклона стрелы, град 32
Концевая нагрузка (max.) тс 63
Продолжительность рабочего цикла (грунт первой категории), с 60
Высота выгрузки, м 38,5
Глубина копания, м 42,5
Радиус выгрузки, м 83
Просвет под задней частью платформы, м 1,61
Диаметр опорной базы, м 14,5
Удельное давление на грунт при работе и передвижении, МПа 0,105/0,24
Размеры башмака (длина и ширина), м 13 х 2,5
Рабочая масса, т 1690
Мощность механизма подъема, кВт 2х1120
Мощность механизма поворота, кВт 4х250
Мощность механизма тяги, кВт 2х1120
Мощность механизма хода, кВт 2х400
Мощность сетевого двигателя, кВ 2х1600
Напряжение питающей сети, кВ 6
Более детальную информацию можете получить по телефону (063)0416788