Электротехника -1

ЛЕКЦИЯ №18

ТЕМА: ВРАЩАЮЩИЙ МОМЕНТ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ.

Для определения пригодности электродвигателя для работы в качестве привода различных механизмов необходимо знать вращающий момент этого двигателя и характер его изменения.

Вращающий момент электродвигателя возникает в результате взаимодействия токов протекающих по обмотке ротора с вращающимся магнитным полем статора.

Вращающий момент асинхронного электродвигателя определяется следующей формулой:

M = k Ф Iрот cos рот

где M - вращающий момент (Н м); Ф - вращающийся магнитный поток (Вб); Iрот - ток в обмотке ротора; k - константа, зависящая от конструкции электродвигателя; cos рот - косинус угла сдвига фаз между током и э.д.с. в обмотке ротора.

Таким образом, вращающий момент асинхронного двигателя пропорционален величине вращающегося магнитного потока, пронизывающего ротор, и активной составляющей тока ротора. Магнитный поток двигателя величиной постоянной для данного двигателя. Переменной величиной является ток ротора, зависящий в свою очередь от скольжения. Вращающий момент асинхронного двигателя приближенно может быть выражен формулой:

M = 2Mкр/(s/sкр + sкр/s),

где s - скольжение электродвигателя; Mкр -максимальный момент электродвигателя, называемый критическим; sкр - критическое скольжение электродвигателя, соответствующее критическому моменту. Эта формула следует из анализа схемы замещения асинхронного электродвигателя.

Критическое скольжение можно определить по приближенной формуле:

sкр = Rрот/(xст + xрот),

где Rрот - активное сопротивление обмотки ротора; xст и xрот - реактивные сопротивления обмоток статора и ротора.

Зависимость вращающего момента от скольжения имеет вид:

Кривую можно условно разделить на два участка: ОА и АВ. Участок ОА соответствует устойчивым режимам работы асинхронного двигателя: с увеличением момента нагрузки скорость вращения двигателя замедляется, скольжение увеличивается, и как видно из графика, возростает вращающий момент.

Новое положение равновесия достигается. когда вращающий момент становится равным тормозному. При этом двигатель устойчиво вращается с уменьшенной скоростью.

Участок АВ соответствует неустойчивым режимам работы двигателя.

С увеличением момента нагрузки скольжение увеличивается, вращающий момент уменьшается, скольжение возростает еще больше.

Двигатель останавливается и начинает быстро нагреваться, так как при s = 1 его пусковой ток в 6 - 7 раз превышает номинальное значение.

Максимальный момент двигателя (Мкр) называется опрокидывающим. Двигатель может работать только на устойчивой части характеристики.

Для практических целей вращающий момент электродвигателя определяют исходя из его мощности и скорости вращения.

Для этого служит следующее соотношение:

M = 9550 P/n (Н м)

где P - мощность двигателя в кВт; n - скорость вращения в об/мин.

МЕХАНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Зависимость скорости вращения двигателя от момента на валу при постоянных напряжении питания и частоте сети называют механической характеристикой.

Механическая характеристика асинхронного двигателя имеет вид:

Механическая характеристика снимается экспериментально или На этом графике можно отметить максимальный критический момент; пусковой момент (при пуске

двигателя, то есть при n2 = 0); номинальный момент, соответствующий номинальному режиму. Номинальные технические параметры расчитываются из условия допустимой температуры нагрева двигателя и электрической прочности, ограничиваемых стойкостью изоляции проводников обмоток. строится на основании графика M(s).

С увеличением момента нагрузки скорость вращения двигателя уменьшается незначительно. Если момент нагрузки превысит максимальный, то скорость вращения двигателя лавинообразно уменьшиться до нуля.

Скорость вращения асинхронного двигателя зависит от напряжения питания. Вращающий момент пропорционален квадрату напряжения питания. Поэтому даже небольшие колебания напряжения питания приводят к заметному изменению вращающего момента и скорости вращения двигателя.

При увеличении вращательного момента от нуля до максимального значения скорость двигателя уменьшается незначительно.

Такая механическая характеристика называется жесткой.

При перегрузке свыше мсаксимального момента двигатель работает в области неустойчивого режима и может остановиться, если тормозящий момент превышает вращающий момент создаваемый двигателем.

Механическая характеристика, относящаяся к нормальным рабочим условиям работы двигателя, называется естественной механической характеристик

ПУСК АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ.

Двигатель с короткозамкнутым ротором. Для двигателей с короткозамкнутым ротором обычно применяют прямое включение в сеть обмотки статора с помощью соответствующей коммутационной аппаратуры. Кратковременный толчок пускового тока (Iп = 4 7 Iн ) безопасен для двигателя, но может явиться причиной чрезмерно большого падения напряжения в сети при недостаточной мощности источника энергии (обычно трансформатора). В этих случаях ограничивают пусковой ток пуском двигателя при пониженном напряжении.

Напряжение в период пуска двигателя понижают:

1).используя в период пуска соединение обмотки статора звездой с последующим переключением ее на треугольник; 2).включая в цепь обмотки статора на период пуски добавочные активные или реактивные

сопротивления {реакторы); 3).подключая двигатель к сети через понижающий автотрансформатор.

Общий недостаток всех способов - значительное уменьшение пускового и максимального моментов двигателя, пропорциональных квадрату приложенного напряжения.

В тех случаях, когда требуются большие значения пускового момента. Применяется ротор с двойной клеткой, причем разных клеток могут чередоваться. Короткозамыкающие кольца в случае литых двойных клеток выполняются общими для обеих клеток. В ряде случаев обмотка двухклеточного двигателя выполняется из латуни или специальной бронзы, благодаря чему обеспечивается относительно большее ее активное сопротивление. Эта обмотка выполняет функции пусковой в асинхронном двигателе. Другая обмотка ротора - внутренняя - изготавливается изготавливается из меди с минимальным активным сопротивлением. Она выполняет функции основной рабочей обмотки двигателя. Обе обмотки могут иметь круглые пазы, однако внутренняя обмотка в ряде случаев выполняется прямоугольной или овальной формы. Короткозамыкающие торцевые кольца для обеих обмоток обычно изготавливаются из меди.

Двигатель с фазным ротором. Хорошими пусковыми характеристиками обладает двигатель с фазным ротором. Для снижения пускового тока обмотки ротора при пуске замыкают на активное сопротивление пускового реостата.

При этом уменьшается ток ротора, а следовательно, и ток статора. В то же время активная составляющая тока ротора возрастает, увеличивая пусковой момент. В пусковом реостате обычно имеется несколько ступеней, которые последовательно выводятся во время пуска вплоть до замыкания

обмотки ротора накоротко. Длительная работа с добавочным сопротивлением в цепи ротора неэкономична.

Контрольные задания:

1.Внимательно изучить предложенную тему.

2.Составить конспект по изученному материалу.

3.Углубленно изучить материал, используя Интернет-ресурсы.

4.Написать отчет о проделанной работе .