Электромеханическая и механическая характеристика АД.
Схема включения и статические характеристики асинхронного двигателя.
Асинхронные двигатели широко применяются в промышленности благодаря простоте их конструкции, надежности и низкой стоимости.
Трехфазный АД имеет обмотку статора, подключаемую к трехфазной сети переменного тока с напряжением U и частотой f, и обмотку ротора, которая может быть выполнена в двух вариантах. АД с фазным ротором (выполнение обычной трехфазной обмотки из проводников с выводами на три контактных кольца). АД с короткозамкнутым ротором – выполнение обмотки заливкой алюминия в пазы ротора (рис 5.1). Однофазная схема замещения (рис. 5.1)
Рис Схема включения АД с фазным (а), короткозамкнутым ротором (б), Г-образная однофазная схема замещения АД
U1 – действующее значение напряжения, приложенного к одной фазе обмотки статора, частотой f1;
Рис Фазное и линейное напряжения
Iμ, I1, I’2 – фазные токи соответственно намагничивания, обмотки статора и ротора (приведенный к числу витков обмотки статора);
R1 – суммарное активное сопротивление фазы статора;
R'2= R'р + R'2д – суммарное активное сопротивление фазы ротора, приведенное к числу витков обмотки статора. Включает в себя R'р, – собственное сопротивление обмотки ротора (приведенное); R'2д – добавочное активное сопротивление (приведенное).
x1, x'2 – индуктивные сопротивления рассеяния соответственно фазы обмотки статора, обмотки ротора (приведенное к числу витков обмотки статора);
|
|
Rμ – активное сопротивление, учитывающее потери в стали магнитной системы при перемагничивании;
xμ – индуктивное сопротивления контура намагничивания.
При включении статора в сеть трехфазного тока его обмотки создают магнитное поле Ф, которое вращается со скоростью n1. Силовые линии этого поля пересекают обмотку ротора и индуктируют в ней ЭДС E2.
Величина ЭДС пропорциональна разности скоростей поля статора и ротора:
E2~( n1- n)Ф (#)
По обмотке ротора под действием ЭДС E2 потекут токи, создающие магнитное поле ротора. Магнитное поле ротора взаимодействует с вращающимся полем статора, возникает вращающийся момент. Начав движение, ротор будет «догонять» поле статора. Но у асинхронного двигателя всегда n< n1. Иначе при равенстве исчезает ЭДС E2, токи, и магнитное поле ротора, и начинается торможение.
Отставание ротора от магнитного поля статора называется скольжением:
= (1)
Отметим, что в схеме замещения зависимость R'2 от скольжения s не соответствует физической сущности электромагнитных процессов. В действительности от скольжения зависит индуктивное сопротивление ротора X'2. Так, X'2=ω2L2=2πf2L2 (*). В то же время известно, что частота f2 ЭДС Е2 в обмотке ротора зависит от скольжения f2 = f1 s. Выполненное же преобразование (деление на s) позволило составить схему замещения.
|
|
Электромеханическая и механическая характеристика АД.
В отличие от ДПТ электромеханическая характеристика АД представляется в виде зависимости тока ротора от скольжения I'2= f( s), а не от скорости ω. Уравнение электромеханической характеристики следует из схемы замещения:
(2)
В то же время скольжение однозначно определяет величину скорости:
Из (1) (3)
Поэтому при построении характеристик I'2(s) отражается и зависимость I'2(ω).
Рис Электромеханическая характеристика
На графике ток I1 больше тока I'2 в соответствии со схемой замещения на величину тока холостого хода Iμ (первый закон Кирхгофа).
Рассмотрим характерные точки электромеханической характеристики:
1) Идеальному холостому ходу соответствует скорость вращения ротора ω= ω0,
скольжение s=0 (ротор и поле статора вращаются синхронно), ток ротора I'2=0, статора I1= Iμ. Асинхронный двигатель самостоятельно обеспечить этот режим не может. Для создания режима необходимо приводить во вращение с частотой ω=ω0 другим двигателем. На схеме замещения этому режиму соответствует разрыв цепи ротора (I'2).
|
|
2) Короткому замыканию (режим пуска) соответствует режим, когда ω=0, скольжение s=1, ток ротора I'2= I'2п, статора I1= I1п. Ток I1п называется пусковым током, достигает 5-7 кратного значения от номинального тока.
, получили приняв s=1;
3) токи статора и ротора I1, I'2 достигают своего максимального значения при минимуме знаменателя выражения (2), когда =>
Этот режим наступает при скоростях выше синхронной ω0, т.е. в генераторном режиме.
4) При высоких скоростях ω=±∞, s=±∞, значение тока ротора асимптотически приближается к значению
;
Получим выражение для механической характеристики. Потери мощности в цепи ротора (потери скольжения), представляют собой разность электромагнитной и полезной механической мощности:
Потери мощности в роторе, выраженные через электрические величины:
=> , подставив в выражение ток (2) получим
Рис. Механическая характеристика АД
Для определения критического скольжения sк и момента Мк исследуем полученную зависимость M(s) на экстремум обнаружим две точки.
|
|
(5) (+ в двигательном, - в генераторном)
Разделив (4) на (5) и выполнив преобразования, получим более удобную форму:
, где - формула Клосса
Для машин средней и большой мощности можно пренебречь активным сопротивлением статора, тогда a=0 и
(6)
Кроме того, в области малых скольжений можно пренебречь s/sк, тогда
(7)
Из (6), обозначив как можно получить выражения для нахождения sк:
Формула может быть использована для определения sк по каталожным данным.
Проанализируем особенности механической характеристики АД. Она носит нелинейный характер и состоит из двух частей. Первая – рабочая часть – в пределах скольжения от 0 до sкд. Эта часть характеристики близка к линейной и имеет отрицательную жесткость. Здесь момент, развиваемый двигателем, примерно пропорционален токам статора и ротора. Можно использовать выражение (7).
Вторая часть механической характеристики АД при s>sкд – криволинейная, с положительным значением жесткости. Несмотря на то, что ток двигателя по мере роста скольжения увеличивается (рис 5.3), момент, напротив уменьшается.
Из-за нелинейности механической характеристики существует несоответствие между пусковым током (5-7 кратный) и пусковым моментом (0,4-0,5 номинального). Тяжелый пуск.
Рассмотрим процесс пуска.
Пуск начинается с s=1, в начале пуска скольжение велико. Индуктивное сопротивление обмотки ротора X'2=ω2L2=2πf2L2=2 πsf1L2 велико и существенно превосходит R'2. X2'>>R2'.
ЭДС при этом велика, поскольку ~Ф(n1-n)
Поэтому ток I'2 тоже велик, но его активная составляющая мала (потому что cosφ низкий). Поэтому и момент, развиваемый двигателем мал.
2) При разгоне двигателя скольжение уменьшается, ЭДС ротора снижается, частота тока f2 и X2' ротора пропорционально уменьшаются.
Соответственно уменьшается полный ток ротора. Активное сопротивление становится соизмеримым с индуктивным, а затем и становится больше. Вследствие повышения cosφ, активная составляющая тока растет, возрастает и момент двигателя.
Т.е. своеобразие механической характеристики АД определяется зависимостью индуктивного сопротивления ротора от скольжения.
Дата добавления: 2020-04-25; просмотров: 1915; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!