3) Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Рабочие характеристики асинхронного двигателя представляют собой зависимости скольжения S, числа оборотов ротора n₂, раз­виваемого момента М, потребляемого тока I₁, расходуемой мощности Р₁, коэффициента мощности соs j и к. п. д. η от полезной мощности Р₂ на валу машины. Эти характеристики снимаются три естественных условиях работы двигателя, т. е. двигатель нерегулируемый, частота f₁ и напряжение U₁ се­ти остаются постоянными, а изменяется только нагрузка на валу двигателя.

Рабочие характеристики асинхронного двигателя двигателя

При увеличении нагрузки на валу двигателя скольжение возрастет, причем при боль­ших нагрузках скольжение увеличивается несколько быст­рее, чем при малых.

При холостом ходе двигателя n₂=n₁ или S=0. При номинальной нагрузке скольжение обычно составляет S = 3-5%. Скорость вращения ротора

Так как при увеличении нагрузки на валу двигателя скольжение возрастает, то число оборотов будет уменьшаться. Однако из­менение скорости вращения при увеличении нагрузки от 0 до номи­нальной очень незначительно и не превышает 5%. Поэтому скоро­стная характеристика асинхронного двигателя является жесткой — она имеет очень малый наклон к горизонтальной оси.

Вращающий момент, развиваемый двигателем М, уравновешен тормозным моментом на валу М₂ и моментом, идущим на преодоление механических потерь М₀, т. е.

где Р₂ — полезная мощность двигателя, W₂ — угловая скорость ротора.

При холостом ходе двигателя вращающий момент равен М₀; с увеличением нагрузки на валу этот момент также увеличивается, причем за счет некоторого уменьшения скорости ротора увеличение вращающего момента происходит быстрее, чем увеличение полезной мощности на валу.

Сила тока I₁ потребляемого двигателем из сети, неравномерно изменяется с увеличением нагрузки на валу двигателя. При холо­стом ходе соs j мал и ток имеет большую реактивную составляю­щую и очень малую активную составляющую. При малых нагруз­ках на валу двигателя активная составляющая тока статора меньше реактивной составляющей, а потому изменение нагрузки, т. е. изменение активной составляющей тока, вызывает незначитель­ное изменение силы тока I₁ (определяющейся в основном реактивной составляющей). При больших нагрузках активная составляющая тока статора становится больше реактивной и изменение нагрузки вызывает значительное изменение силы тока I₁..

Потребляемая двигателем мощность Р₁ при графическом изоб­ражении имеет вид почти прямой линии, незначительно отклоняю­щейся вверх при больших нагрузках, что объясняется увеличением потерь в обмотках статора и ротора с увеличением нагрузки.

Изменение коэффициента мощности при изменении нагрузки на валу двигателя происходит следующим образом. При холостом ходе соsj мал (порядка 0,2), так как активная составляющая тока ста­тора, обусловленная потерями мощности в машине, мала по срав­нению с реактивной составляющей этого тока, создающей магнит­ный поток. При увеличении нагрузки на валу соsj возрастает (достигая наибольшего значения 0,8—0,9) в результате увеличе­ния активной составляющей тока статора. При очень больших на­грузках происходит некоторое уменьшение соsj, так как вследствие значительного увеличения скольжения и частоты тока в роторе возрастает реактивное сопротивление обмотки ротора.

Кривая к. п. д. т имеет такой же вид, как в любой машине или трансформаторе. При холостом ходе к. п. д. равен нулю. С увели­чением нагрузки на валу двигателя к. п. д. резко увеличивается, а затем уменьшается. Наибольшего значения к. п. д. достигает при такой нагрузке, когда потери мощности в стали и механические потери, не зависящие от нагрузки, равны потерям мощности в обмотках статора и ротора, зависящим от нагрузки. Торможение противовключением Этот тормозной режим возникает при реверсе двигателя, а также широко используется для быстрой остановки двигателя.

На рис. 2.27 представлены механические характеристики асинхронного двигателя при торможении противовключении для прямого (1) и обратного (2) порядка чередования фаз.

Пусть двигатель с нагрузкой на валу работал в точке А. Для торможения двигателя нужно изменить порядок чередования фаз, т.е. переключить две фазы. При этом рабочая точка перейдет в точку В (рис. 2.27). На участке ВС машина работает в режиме электромагнитного тормоза, развивая тормозной момент, под действием которого происходит быстрое снижение скорости до нуля. В точке С двигатель нужно отключить от сети, иначе произойдет реверс.

Достоинством этого тормозного режима является быстрое торможение, т.к. тормозной момент действует на всем тормозном пути. Недостатки: большие токи и потери в обмотках при торможении, необходима аппаратура, контролирующая скорость вращения и отключающая двигатель от сети при его остановке. Если в приводе механизма двигатель часто работает в режиме реверса, приходится завышать его мощность из-за больших потерь мощности.

Билет 13

1. В общем случае при несимметричной нагрузке Z_ab ≠ Z_bc ≠ Z_ca. Обычно она возникает при питании от трехфазной сети однофазных приемников.

Векторная диаграмма для случая, когда в фазе ab имеется активная нагрузка, в фазе bc – активно-индуктивная, а в фазе ca – активно-емкостная приведена на рис. 3.16, топографическая диаграмма – на рис. 3.17.

Построение векторов линейных токов произведено в соответствии с выражениями

İ_A = İ_ab - İ_ca; İ_B = İ_bc - İ_ab; İ_C = İ_ca - İ_bc.

Таким образом, при несимметричной нагрузке симметрия фазных токов İ_ab, İ_bс, İ_ca нарушается, поэтому линейные токи İ_A, İ_B, İ_C можно определить только расчетом по вышеприведенным уравнениям (3.20) или найти графическим путем из векторных диаграмм (рис. 3.16, 3.17).

Сумма мгновенных значений токов равна нулю – доказывается с помощью временных диаграмм трехфазной системы токов (см. рис.)

В момент времени ωt = 0: iA = 0, iC > 0, iB < 0 , причем iC = – iB в момент ωt = 2π/12 iB = –Im, iA = iC = 0,5Im в момент ωt = 2π/6 iC = 0, iA = – iB и т.д. Во всех случаях сумма мгновенных значений токов равна нулю.

2. Характеристика холостого хода — это зависимость ЭДС якоря Е_я от тока возбуж­дения I_В, когда нагрузка отсутствует, а час­тота вращения якоря п постоянна:

Е_я = f(I_B) при I = 0, п = const,

где I — ток нагрузки (у генерато­ра независимого возбуждения ток нагрузки равен току якоря).

В режиме холостого хода Е_я = с_епФ₀, так как результирующий поток Ф равен основному потоку Ф₀. Учитывая, что п = const, получим Е_я = с'_еФ,

где с'_е = с_еп = const. (c_е – постоянная, зависит от машины, n – число витков)

Таким образом, ЭДС яко­ря линейно зависит от маг­нитного потока Ф₀, который создается током возбужде­ния I_в. Зависимость между потоком и током возбужде­ния определяется характери­стикой намагничивания. Сле­довательно, и зависимость Е_я = f(I_B) также имеет вид характеристики намагничи­вания (рис.). Если по­люсы генератора предварительно намагничены, то они сохраняют остаточную намагниченность, поэтому в ма­шине при токе I_в = 0 имеется незначительный магнит­ный поток Ф_ост, называемый остаточным магнитным потоком. По этой причине при токе I_в = 0 в обмотке вращающегося якоря индуцируется небольшая остаточ­ная ЭДС Е_ост, что несколько изменяет вид характеристи­ки в начале координат (штриховая линия на рис.). Номинальному значению ЭДС Е_яном = U_ном соответствует ток возбуждения I_в0.

По ХХХ определяют, как нужно изменять ток возбуждения чтобы получить необходимую ЭДС.