• Рис 13.3. Залежність електромагнітного моменту асинхронного двигуна від ковзання
  • Рис. 13.7. Робочі характеристики асинхронного двигуна

  • Скачать 14.91 Mb.


    страница14/68
    Дата29.01.2019
    Размер14.91 Mb.
    ТипУчебник

    Скачать 14.91 Mb.

    Конструкція трансформаторів


    1   ...   10   11   12   13   14   15   16   17   ...   68


    Рис. 13.2. Залежність режимів роботи асинхронної машини від ковзання

    Аналіз вираження (13.16) показує, що максимальний момент асинхронної машини в генераторному режимі більше, ніж у руховому (Mmax г > Мmах д). На мал. 13.2 показана механічна характеристика асинхронної машини М = f (s) при U1 = const. На цій характеристиці зазначені зони, що відповідають різним режимам роботи: руховий режим (0 < s <1), коли електромагнітний момент М є обертаючим; генераторний режим (-1

    З (13.14) бачимо, що електромагнітний момент асинхронного двигуна пропорційний квадрату напруги мережі:

    M ≡ U12.

    Це в значній мірі відбивається на експлуатаційних властивостях двигуна: навіть невелике зниження напруги мережі викликає помітне зменшення обертаючого моменту асинхронного двигуна. Наприклад, при зменшенні напруги на 10% щодо номінального (U1 = 0,9Uном) електромагнітний момент двигуна зменшується на 19% : M/ =0,92 M, де М— момент при номінальній напрузі мережі, а М/ — момент при зниженій напрузі.
    2 Механічні характеристики асинхронного двигуна

    Для аналізу роботи асинхронного двигуна зручніше скористатися механічною характеристикою M = f (s), представленої на мал. 13.3. При включенні двигуна в мережу магнітне поле статора, не маючи інерцію, відразу ж починає обертання із синхронною частотою n1, у той же час ротор двигуна під впливом сил інерції в початковий момент пуску залишається нерухомим (n2 = 0) і ковзання s = 1.



    Підставивши в (13.14) ковзання s = 1, одержимо вираження пускового моменту асинхронного двигуна (Нм):

    Мп = (13.19)



    Рис 13.3. Залежність електромагнітного моменту асинхронного двигуна від ковзання

    Під дією цього моменту починається обертання ротора двигуна, при цьому ковзання зменшується, а обертаючий момент зростає відповідно до характеристики М = f (s). При критичному ковзанні sкр момент досягає максимального значення Мmах. З подальшим наростанням частоти обертання (зменшенням ковзання) момент М починає спадати, поки не досягне сталого значення, рівного сумі протидіючих моментів, прикладених до ротора двигуна: моменту х.х. M0 і корисного навантажувального моменту (моменту на валу двигуна) М2, тобто:



    М = М0 + M2 = Mст (13.20)

    Варто мати на увазі, що при ковзаннях, близьких до одиниці (пусковий режим двигуна), параметри схеми заміщення асинхронного двигуна помітно змінюють свої значення. Порозумівається це в основному двома факторами: посиленням магнітного насичення зубцовых шарів статора й ротора, що веде до зменшення індуктивних опорів розсіювання x1 і х'2, і ефектом витиснення струму в стрижнях ротора, що веде до збільшення активного опору обмотки ротора r/2. Тому параметри схеми заміщення асинхронного двигуна, використовувані при розрахунку електромагнітного моменту по (13.14), (13.16) і (13.18), не мoгyт бути використані для розрахунку пускового моменту по (13.19).

    Статичний момент Мст дорівнює сумі протидіючих моментів при рівномірному обертанні ротора (n2 = const). Допустимо, що протидіючий момент на валу двигуна М2 відповідає номінальному навантаженню двигуна. У цьому випадку устано режим, що вився, роботи двигуна визначиться крапкою на механічній характеристиці з координатами М = Мном й s = sном, де Мном й shom - номінальні значення електромагнітного моменту й ковзання.

    З аналізу механічної характеристики також треба, що усталена робота асинхронного двигуна можлива при ковзаннях менше критичного (s < sкр), тобто на ділянці ОА механічної характеристики. Справа в тому, що саме на цій ділянці зміна навантаження на валу двигуна супроводжується відповідною зміною електромагнітного моменту. Так, якщо двигун працював у номінальному рехиме (Мном; shom), те мало місце рівність моментів: Мном = M0 + М/2. Якщо відбулося збільшення навантажувального моменту M2 до значення М'2, то рівність моментів порушиться, тобто Мном < М0 + М'2, і частота обертання ротора почне убувати (ковзання буде збільшуватися). Це приведе до росту електромагнітного моменту до значення M' = М0 + М'2 (крапка B), після чого режим роботи двигуна знову стане сталої. Якщо ж при роботі двигуна в номінальному режимі відбудеться зменшення навантажувального моменту до значення М"2 то рівність моментів знову порушиться, по тепер обертаючий момент виявиться більше суми противодествующих: Мном > М0 + М″2. Частота обертання ротора почне зростати (ковзання буде зменшуватися), і це приведе до зменшення електромагнітного моменту М до значення М" = М0 + М2 (крапка З); стійкий режим роботи буде знову відновлений, але вже при інших значеннях М и s.

    Робота асинхронного двигуна стає нестійкою при ковзаннях s ≥ sкр. Так, якщо електромагнітний момент двигуна М = Мmах, а ковзання s = sкp, то навіть незначне збільшення навантажувального моменту М2, викликавши збільшення ковзання s, приведе до зменшення електромагнітного моменту М. За цим слідує подальше збільшення ковзання й т.д., поки ковзання не досягне значення s = 1, тобто поки ротор двигуна не зупиниться.

    Таким чином, при досягненні електромагнітним моментом максимального значення настає край усталеної роботи асинхронного двигуна. Отже, для усталеної роботи двигуна необхідно, щоб сума навантажувальних моментів діючих на ротор, була менше максимального моменту Мст = (М0 + М2) < Мmах. Але щоб робота асинхронного двигуна була надійною і щоб випадкові короткочасні навантаження не викликали зупинок двигуна, необхідно, щоб ві мав перевантажувальну здатність. Перевантажувальна здатність двигуна λ визначається відношенням максимального моменту Мmax до номінального Мном. Для асинхронних двигунів загального призначення перевантажувальна здатність становить λ = Mmax /Mном = 1,7 ÷ 2,5.

    Варто також звернути увагу на те, що робота двигуна при ковзанні s < sкр тобто на робочій ділянці механічної характеристики, є найбільш економічною, бо вона відповідає малим значенням ковзання, а отже, і меншим значенням електричних втрат в обмотці ротора Рэ2 = s Pэм.

    Застосування формули (13.14) для розрахунку механічних характеристик асинхронних двигунів не завжди можливо, тому що параметри схеми заміщення двигунів звичайно не приводяться в каталогах і довідниках, тому для практичних розрахунків звичайно користуються спрощеною формулою моменту. В основу цієї формули покладене допущення, що активний опір обмотки статора асинхронного двигуна r1 = 0, при цьому:



    M = Mmax (13.21)

    Критичне ковзання визначають по формулі



    sкр = sном (λ + ) (13.22)

    Розрахунок механічної характеристики набагато спрощується, якщо його вести у відносних одиницях M = M/ Mном. У цьому випадку рівняння механічної характеристики має вигляд



    M = (13.23)
    Застосування спрощеної формули (13.23) найбільше доцільно при розрахунку робочої ділянки механічної характеристики й при ковзаннях s < sкр, тому що в цьому випадку величина помилки не перевищує значень, припустимих для технічних розрахунків. При ковзаннях s > sкр помилка може досягати 15—17%.

    Самостійна робота №12
    Тема: Робочі характеристики АД. Дослід х. х. та к. з. АД.

    Мета: ознайомитися з робочими характеристиками АД; вивчити порядок виконання досліду х. х. та к. з. АД.

    Питання, що виносяться на самостійне вивчення:

    1 Робочі характеристики асинхронного двигуна

    2 Дослід холостого ходу

    3 Дослід короткого замикання



    Література: Электрические машины: учебник для студ. образоват. учреждений сред. проф. образования/ М. М. Кацман. – 6-е изд., испр. и доп. – М.: Издательский центр «Академия», 2006. – 496 с.

    Питання для самоконтролю:

    1 Для чого будують робочі характеристики АД?

    2 Побудуйте залежність М2 =f(P2).

    3 Побудуйте залежність cos φ1 = f (P2).

    4 Опишіть порядок виконання досліду х. х. АД.

    5 Опишіть порядок виконання досліду к. з. АД.


    1 Робочі характеристики асинхронного двигуна

    Робочі характеристики асинхронного двигуна (рисунок 13.7) представляють собою графічно виражені залежності частоти обертання n2, КПД η, корисного моменту (моменту на валу) М2, коефіцієнта потужності cos φ, і струму статора I1 від корисної потужності Р2 при U1 = const f1 = const.

    Швидкісна характеристика n2 = f(P2). Частота обертання ротора асинхронного двигуна n2 = n1(1 - s).

    Ковзання

    s = Pэ2/ Pэм, (13.24)

    тобто ковзання двигуна, а отже, і його частота обертання визначаються відношенням електричних втрат у роторі до електромагнітної потужності Рем. Зневажаючи електричними втратами в роторі в режимі холостого ходу, можна прийняти Рэ2 = 0, а тому s ≈ 0 й n20 ≈ n1. У міру збільшення навантаження на валу двигуна відношення (13.24) росте, досягаючи значень 0,01—0,08 при номінальному навантаженні. Відповідно до цього залежність n2 = f(P2) являє собою криву, слабко нахилену до осі абсцис. Однак при збільшенні активного опору ротора r2' кут нахилу цій кривій збільшується. У цьому випадку зміни частоти обертання n2 при коливаннях навантаження Р2 зростають. Порозумівається це тим, що зі збільшенням r2' зростають електричні втрати в роторі.


    Рис. 13.7. Робочі характеристики асинхронного двигуна



    Залежність М2 =f(P2). Залежність корисного моменту на валу двигуна М2 від корисної потужності Р2 визначається виразом

    M2 = Р2/ ω2 = 60 P2/ (2πn2) = 9,55Р2/ n2, (13.25)

    де Р2 — корисна потужність, Вт; ω2 = 2πf 2/60 — кутова частота обертання ротора.



    Із цього виразу бачимо, що якщо n2 = const, те графік М2 =f22) являє собою пряму лінію. Але в асинхронному двигуні зі збільшенням навантаження Р2 частота обертання ротора зменшується, а тому корисний момент на валу М2 зі збільшенням навантаження зростає не­ скільки швидше навантаження, а отже, графік М2 =f (P2) має криволінійний вигляд.

    Рис. 13.8. Векторна діаграма асинхронного двигуна при невеликому навантаженні


    Залежність cos φ1 = f (P2). У зв'язку з тим що струм статора I1 має реактивну (індуктивну) складову, необхідну для створення магнітного поля в статорі, коефіцієнт потужності асинхронних двигунів менше одиниці. Найменше значення коефіцієнта потужності відповідає режиму х.х. Порозумівається це тим, що струм х.х. I0 при будь-якому навантаженні залишається практично незмінним. Тому при малих навантаженнях двигуна струм статора невеликий й у значній частині є реактивним (I1 ≈ I0). У результаті зрушення по фазі струму статора , щодо напруги , виходить значним (φ1 ≈ φ0), лише деяким менше 90° (мал. 13.8). Коефіцієнт потужності асинхронних двигунів у режимі х.х. звичайно не перевищує 0,2. При збільшенні навантаження на валу двигуна росте активна складова струму I1 й коефіцієнт потужності зростає, досягаючи найбільшого значення (0,80—0,90) при навантаженні, близької до номінального. Подальше увелиичение навантаження супроводжується зменшенням cos φ1 що порозумівається зростанням індуктивного опору ротора (x2s) за рахунок збільшення ковзання, а отже, і частоти струму в роторі. З метою підвищення коефіцієнта потужності асинхронних двигунів надзвичайно важливо, щоб двигун працював завжди або принаймні значну частину часу з навантаженням, близької до номінального. Це можна забезпечити лише при правильному виборі потужності двигуна. Якщо ж двигун працює значну частину часу недовантаженим, то для підвищення cos φ1, доцільно подводимое до двигуна напруга U1 зменшити. Наприклад, у двигунах, що працюють при з'єднанні обмотки статора трикутником, це можна зробити перез'єднавши обмотки статора в зірку, що викличе зменшення фазної напруги в раз. При цьому магнітний потік статора, а отже, і струм, що намагнічує, зменшуються приблизно в раз. Крім того, активна складова струму статора трохи збільшується. Все це сприяє підвищенню коефіцієнта потужності двигуна.

    Рис. 13.9. Залежність cos φ1,від навантаження при з'єднанні обмотки статора зіркою (1) і трикутником (2)
    На мал. 13.9 представлені графіки залежності cos φ1, асинхронного двигуна від навантаження при з'єднанні обмоток статора зіркою (крива 1) і трикутником (крива2).
    2 Дослід холостого ходу

    Живлення асинхронного двигуна при досліді х.х. здійснюється через індукційний регулятор напруги ИР (мал. 14.1) або регулювальний автотрансформатор, що дозволяють змінювати напругу в широких межах. При цьому вал двигуна повинен бути вільним від механічного навантаження.

    Досвід починають із підвищеної напруги живлення U1 = 1,15 Uном, потім поступово знижують напруга до 0,4 Uном так, щоб зняти показання приладів в 5—7 крапках. При цьому один з вимірів повинен відповідати номінальній напрузі U1ном. Вимірюють лінійні значення напруг і струмів й обчислюють їхні середні значення:

    Uср = (UАВ + UВС + UСА)/ 3 (14.1)

    I0порівн = (IОА + IОВ + IOC)/ 3 (14.2)

    а потім залежно від схеми з'єднання обмотки статора визначають фазні значення напруги й струму х.х.: при з'єднанні в зірку



    U1 = Uср/ ; I0 = Iср (14.3)

    при з'єднанні в трикутник



    U1 = Ucp; U0 = I0cp/ . (14.4)


    Рис. 14,1. Схема включення трифазного асинхронного двигуна при досвідах х.х. і к.з.


    Ваттметр W вимірює активну потужність Р0, споживану двигуном у режимі х.х., що містить у собі електричні втрати в обмотці статора m1 I20 r1, магнітні втрати в сердечнику статора Рм і механічні втрати Рмех (Вт):

    Р0 = m1 I20 r1 + Рм + Рмех (14.5)

    Тут r1 - активний опір фази обмотки статора (Ом), обмірюване безпосередньо після відключення двигуна від мережі, щоб обмотка не встигла остудитися.

    Сума магнітних і механічних втрат двигуна (Вт)

    P/0 = Рм + Рмех = Р0 – m1 I20 r1 (14.6)

    Коефіцієнт потужності для режиму х.х.



    cоs φ0 = Р0/ (m1 U1 I0). (14.7)

    За результатами вимірів й обчислень будують характеристики х.х. I0, P0, P/0 і соs φ0 = f(U1), на яких відзначають значення величин I0ном, Р0ном, Р/0ном і соs φ0 відповідній номінальній напрузі U1ном (мал. 14.2).

    Якщо графік Р/0 =f(U1) продовжити до перетинання з віссю ординат (U1 = 0), то одержимо величину втрат Рмех.

    Це поділ магнітних і механічних втрат засноване на тім, що при незмінній частоті мережі f1 частота обертання двигуна в режимі х.х. n0, а отже, і механічні втрати Рмех незмінні. У той же час магнітний потік Ф прямо пропорційний ЕРС статора Е1. Для режиму х.х. U1 ≈ E1 , а тому при U1 = 0 і магнітний потік Ф = 0, а отже, і магнітні втрати Рм = 0.



    Визначивши величину механічних втрат Рмех, можна обчислити магнітні втрати (Вт):

    Рм = Р/0 – Рмех (14.8)
    1   ...   10   11   12   13   14   15   16   17   ...   68

    Коьрта
    Контакты

        Главная страница


    Конструкція трансформаторів

    Скачать 14.91 Mb.