1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Электромеханическая характеристика асинхронного двигателя это

Механические характеристики электрических машин

Механическая характеристика представляет собой зависимость угловой скорости или частоты вращения вала от вращающего момента на валу.

Механические характеристики электродвигателей разделяют на виды в зависимости от их жесткости. Жесткость характеристики определяется степенью изменения скорости при одинаковом приращении момента.

По жесткости механические характеристики электродвигателей бывают следующими:

  • абсолютно жесткая,
  • жесткая (с изменением момента скорость изменяется мало),
  • мягкая (с изменением момента скорость изменяется значительно).

Характеристики первого вида имеют синхронные двигатели; второго — двигатели постоянного тока независимого возбуждения и асинхронные двигатели (на рабочих участках характеристик); третьего — двигатели постоянного тока последовательного возбуждения. Двигатели постоянного тока смешанного возбуждения в зависимости от исполнения системы возбуждения могут иметь характеристики двух последних видов.

Механическая характеристика, полученная при удовлетворении всех номинальных условий, называется естественной.

Реостатные характеристики асинхронного двигателя получают при изменении сопротивления роторной цепи. Конструктивно это осуществимо для двигателей, имеющих выводы обмоток ротора. Поэтому реостатные характеристики получают только для двигателей с фазным ротором.

Искусственные механические характеристики можно получить изменением числа пар полюсов обмотки статора. Изменения числа пар полюсов можно достигнуть двумя путями: размещением в пазах обмотки статора двух независимых обмоток и видоизменением схемы соединений одной обмотки переключением. Наиболее широко в практике применяют переключения типа Y-YY и Δ-YY (рис. 89).


Рис. 89. Схемы соединения обмоток многоскоростных двигателей:
а — двойная звезда, б — треугольник, в — звезда

Комбинация из двух независимых обмоток на статоре, каждая из которых имеет переключение полюсов в соотношении 1 : 2, позволяет изготовлять четырехскоростные двигатели. При этом, комбинируя схемы обмоток, добиваются такого сочетания характеристик, которые при регулировании скорости могут обеспечить либо постоянство момента М = const, либо постоянство мощности Р2 = const.


Рис. 90. Рабочие характеристики электродвигателей постоянного тока

Рабочие характеристики двигателей постоянного тока получают изменением сопротивления цепи якоря и изменением напряжения питания якоря (рис. 90).

У двигателей параллельного и последовательного возбуждения введение дополнительного сопротивления в цепь якоря меняет характеристики, они становятся мягче (рис. 90 а, б), а у двигателя смешанного возбуждения сохраняют как особенности своей формы, так и общий характер расположения относительно естественной характеристики (рис. 90, в).

Электромеханические характеристики

Схема замещения двигателя постоянного тока независимого возбуждения, при определенных допущениях, может быть представлена в виде (рис. 1).

Рис. 1. Схема замещения двигателя постоянного тока независимого возбуждения

В соответствии с этой схемой, уравнения напряжений для обмотки возбуждения и якорной обмотки имеют вид

Где u и i – мгновенные значения напряжения и тока, а R и L – активное сопротивление и индуктивность обмоток, с индексом (в) – обмотки возбуждения, с индексом (я) – якорной обмотки.

Э.д.с. Якорной обмотки определяется соотношением (3) E=kφω,

Где ω – мгновенное значение скорости вращения якоря, Φ – мгновенное значение потока, K – конструктивный коэффициент, который определяется соотношением

K=pn/(2a),

Где p – число пар полюсов, N и a – соответственно число активных проводников и число параллельных ветвей якорной обмотки.

При рассмотрении статических характеристик предположим, что напряжения на обмотке возбуждения и на якорной обмотке постоянны (d/dt→0). Тогда в установившемся режиме для якорной цепи справедливо уравнение

Где U,Iя,E – установившиеся значения напряжения, тока и э.д.с. Якоря. Раскрывая в (4) э.д.с. Согласно (3) и решая полученное уравнение относительно ω, получаем

Уравнение (2.5) связывает механическую (ω) и электрическую (Iя) координаты и поэтому называется электромеханической характеристикой.

Электромагнитный момент двигателя связан с током якоря соотношением

(6) M=kφiя.

С учетом (6) выражение (25) может быть представлено в виде

(7) Ω=U/(KΦ)−Rя·M/(KΦ) 2 .

Выражение (7) связывает две механические координаты ω и M, как мы отмечали в гл. 1, оно называется механической характеристикой двигателя.

Полученные уравнения показывают, что обе характеристики линейны. Точку их пересечения с осью ординат называют скоростью холостого хода, которая определяется выражением

Точку пересечения электромеханической характеристики с осью абсцисс называют пусковым током, который определяется выражением

Точку пересечения механической характеристики с осью абсцисс называют пусковым моментом, который определяется выражением

Так как механическая характеристика линейна, то ее жесткость постоянна во всем рабочем диапазоне и определяется по соотношению

Если обе части уравнений (5) и (7) разделить на скорость холостого хода, то получим уравнения электромеханической и механической характеристик, представленные в относительных единицах:

(14) I=I/Iп,ν=ω/ω,μ=M/Mп – относительные значения соответственно тока, скорости и момента.

Читать еще:  Что ускоряет прогрев двигателя после его пуска

Электромеханическая и механическая характеристики существуют во всех четырех квадрантах плоскостей параметров ω, M и ω, Iя. На рис. 2.2 они изображены в первом квадранте.

Рис. 2. Механическая и электромеханическая характеристики:
а) в абсолютных; б) в относительных единицах

Характеристики, полученные при номинальных значениях напряжения и потока и при отсутствии добавочного сопротивления в цепи якоря, называют естественными. При изменении напряжения или потока, а также при введении добавочного сопротивления в цепь якоря мы получаем искусственные характеристики. Зная, как изменяются характеристики при изменении перечисленных параметров, т.е. Зная вид искусственных характеристик, мы можем оценить регулировочные свойства двигателя, поэтому рассмотрим подробнее искусственные характеристики. Для этого достаточно определить, как изменяются скорость холостого хода, пусковой ток и пусковой момент (ω,Iп,Mп) при изменении напряжения, активного сопротивления в цепи якоря и потока (U,Rд,Φ).

При понижении напряжения от номинального (U↓), согласно (8) – (10) пропорционально изменяются скорость холостого хода, пусковой ток и пусковой момент, поэтому искусственные характеристики для этого случая будут выглядеть, как показано на рис.3.а. Отметим, что характер изменения электромеханической и механической характеристик при этом одинаковый.

При введении добавочного сопротивления в цепь якоря (Rд↑), согласно тем же выражениям, скорость холостого хода остается неизменной, а пусковой ток и момент уменьшаются. Характер изменения электромеханической и механической характеристик одинаков, а их вид представлен на рис. 3.б.

При уменьшении потока от номинального (Φ↓) – остается неизменным только пусковой ток. Скорость холостого хода увеличивается, а пусковой момент уменьшается, поэтому вид электромеханической и механической характеристик разный, как это показано на рис. 3.в.

Рис. 3. Искусственные характеристики: а) при изменении напряжения на якоре; б) при изменении сопротивления в цепи якоря

Режимы работы

Если в уравнении механической характеристики (7) изменять напряжение в интервале (+Uн,−Uн), то при различных значениях скорости и момента мы получим семейство механических характеристик, расположенных во всех четырех квадрантах плоскости параметров ω,M (рис. 4). В квадрантах 1 и 3 имеем двигательный режим, так как здесь электромагнитная мощность двигателя положительна – P=Mω>0, а в квадрантах 2 и 4 реализуются тормозные (генераторные) режимы, так как здесь P |U|;

· Если напряжение якорной обмотки равно нулю U=0 (при ω≠0);

· Если напряжение и э.д.с. Имеют разные знаки signu=−signe.

Режим, соответствующий первому условию, называют рекуперативным торможением. Он возникает в том случае, если скорость двигателя под действием внешнего момента, возникающего при торможении рабочего органа, превысит скорость холостого хода, т.е. Рабочая точка привода по механической характеристике перейдет из квадранта 1 в квадрант 2, либо из квадранта 3 в квадрант 4 (рис. 4). Область существования режима рекуперативного торможения отмечена вертикальной штриховкой. При этом двигатель работает как обычный генератор постоянного тока, его механическая и электромеханическая характеристики описываются теми же уравнениями (5) и (7). Уравнение баланса мощностей имеет вид

Где: Pм – механическая мощность, поступающая от рабочего органа, Pэ – мощность, генерируемая двигателем, ΔP – потери мощности в обмотке якоря.

В соответствии с выражением (16) механическая энергия торможения рабочего органа частично возвращается в сеть, а частично рассеивается в виде потерь в двигателе.

Режим, соответствующий второму условию называют динамическим торможением. Физически он реализуется путем отключения двигателя от сети и закорачивания обмотки якоря, либо включения ее на добавочное активное сопротивление. В первом случае рабочая точка привода оказывается на линии механической характеристики при U=0, которая является механической характеристикой режима динамического торможения при Rд=0. Во втором случае уравнение механической характеристики двигателя при динамическом торможении имеет вид

Следовательно, в обоих случаях механические характеристики проходят через начало координат и отличаются только жесткостью.

Уравнение баланса мощностей для динамического торможения имеет вид

Согласно этому уравнению механическая энергия торможения рассеивается в виде электрических потерь на добавочном сопротивлении и в обмотке якоря.

Режим, соответствующий третьему условию, называют противовключением. Физически он реализуется, если под действием момента со стороны рабочего органа двигатель начнет вращаться в обратную сторону, т.е. Рабочая точка перейдет по механической характеристике из квадранта 1 в квадрант 4 или из квадранта 3 в квадрант 2. Режим противовключения возникает также, если в работающем двигателе изменить полярность напряжения на якорной обмотке. Тогда за счет инерции вращающихся частей какое-то время якорь будет вращаться в сторону, противоположную направлению момента. Отсюда и название режима. Область существования режима противовключения отмечена наклонной штриховкой.

Читать еще:  Эфишный двигатель что это

Уравнение механической характеристики имеет вид

(19) Ω=−(U/(KΦ)+Rя·M/(KΦ) 2 ).

При переключении полярности напряжения в обмотке якоря может возникнуть большой ток, определяемый выражением Iя=−(U+E)/Rя,

Поэтому необходимо предусматривать меры по его ограничению, например, путем введения добавочного сопротивления в цепь якоря или используя устройства ограничения тока в преобразователях напряжения, от которых питается двигатель.

Уравнение баланса мощностей имеет вид (20) Pм+PэP.

В соответствии с этим уравнением при торможении противовключением механическая энергия торможения и электрическая энергия, потребляемая двигателем, преобразуются в электрические потери.

Последнее изменение этой страницы: 2017-05-05; Просмотров: 1635; Нарушение авторского права страницы

Асинхронный электродвигатель — преимущества и недостатки

Основными потребителями мировой электроэнергии (более 60% — 65%) являются электромеханические системы — электроприводы, работающие в различных промышленных, транспортных и бытовых механизмах и агрегатах. Асинхронный двигатель является наиболее широко применяемым среди всех типов электродвигателей. Двигатели специальной конструкции, построенные на базе асинхронного двигателя, характеризуются техническими параметрами, влияющими на их рабочие характеристики и адаптирующими их к различным требованиям и назначениям. Среди асинхронных двигателей специальной конструкции можно выделить следующие: многоскоростные двигатели — частота вращения двигателя изменяется изменением количества пар полюсов вращающегося магнитного поля; двигатели с короткозамкнутым ротором с повышенным пусковым моментом — используются для привода устройств с большим моментом инерции; моторы крановые — адаптированы к различным видам работ, используются для привода кранов и других подъемных устройств; двигатели с тормозом — используются в приводах, требующих быстрой остановки после рабочего цикла или после аварийного отключения питания; двигатели с повышенным скольжением — используются для привода механизмов с большой инерционностью, а также механизмов, работающих в повторно-кратковременном режиме; взрывозащищенные двигатели и т.д.

В бытовых электроприборах применяются однофазные электродвигатели с рабочим напряжением 220 вольт. Очень часто таким двигателем является однофазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.

Преимущества асинхронных электродвигателей

  • Самым главным преимуществом асинхронного двигателя является то, что его конструкция довольно проста. По сравнению с электродвигателем постоянного тока, асинхронный электродвигатель не имеет щеток и поэтому требует минимального технического обслуживания. Не требуется замена щеток, и нет угольной пыли от этих самых щеток, которая быстро засоряет электродвигатель. По этой же причине стоимость двигателя довольно низкая.
  • Подключение. Благодаря тому, что в стандартной трехфазной системе питания фазы сдвинуты на 120°, для формирования вращающегося поля не требуются дополнительные элементы и преобразования. Вращение поля внутри статора и, как следствие, вращение ротора обусловлены самой конструкцией асинхронного двигателя. Необходимо обеспечить подачу напряжения через коммутационный аппарат (контактор или пускатель), и двигатель будет функционировать.
  • Работа двигателя не сильно зависит от состояния окружающей среды. Но и для экстремальных условий выпускается большое количество специализированных модификаций асинхронных электродвигателей.
  • В двигателе нет искр из-за отсутствия щеток.
  • Асинхронный двигатель — это высокоэффективная машина с КПД при полной нагрузке от 85 до 97 процентов.

Недостатки асинхронных двигателей

  • Регулировать скорость асинхронного двигателя очень сложно. Это связано с тем, что трехфазный асинхронный двигатель является двигателем с постоянной скоростью и для всего диапазона нагрузок изменение скорости двигателя очень мало. Существуют различные типы устройств, позволяющих регулировать скорость мотора, которые не только расширяют диапазон применения двигателя, но и экономят электроэнергию. Типичными примерами экономии энергии за счет замены нерегулируемых приводов на регулируемые являются такие механизмы, как: насосы — 25%, вентиляторы — 30%, компрессоры — 40% и центрифуги — 50%.
  • Во время прямого пуска, который заключается в подаче на двигатель номинального напряжения номинальной частоты, возникают неблагоприятные условия, такие как высокое потребление тока и низкий пусковой момент.
  • Высокая инерция ротора — двигатель может не справиться с началом вращения тяжелых приводных агрегатов.

На данный момент существует множество механических и электронных устройств, повышающих эффективность электромоторов и позволяющих максимально нивелировать недостатки асинхронных электродвигателей.

Расчет и построение электромеханических характеристик

Естественной электромеханической (механической) характеристикой двигателя постоянного тока называют зависимость угловой скорости двигателя ω от его тока якоря I (момента M), полученную при номинальной схеме включения двигателя, номинальных параметрах напряжения обмоток якоря и возбуждения и отсутствии добавочных сопротивлений в цепях двигателя.

Искусственной электромеханической (механической) характеристикой двигателя постоянного тока называют зависимость угловой скорости двигателя ω от его тока якоря I (момента M), полученную при параметрах напряжения обмоток якоря и возбуждения отличных от номинальных и/или наличия добавочных сопротивлений в цепях двигателя.

Читать еще:  112 двигатель сколько клапанов

Естественная электромеханическая характеристика рассчитывается по уравнению:

(2.14)

Естественная механическая характеристика двигателя постоянного тока строится по выражению:

(2.15)

При выполнении этого пункта задания для электропривода с реостатным регулированием скорости требуется рассчитать величины добавочных резисторов Rдi , при которых механическая характеристика пройдет через заданные рабочие точки с координатами Mсi. Для этого воспользуемся формулой механической характеристики двигателя при реостатном регулировании скорости:

(2.16)

где с – коэффициент электромагнитного момента. ( )

Из (2.14) по заданным координатам рабочих точек Mсi и известным параметрам двигателя , , с, находим Rдi:

(2.17)

где угловая скорость двигателя на i-ой характеристике,
статический момент производственного механизма, приведенный к валу двигателя.

Для электромеханической характеристики данное выражение будет иметь вид:

(2.18)

где статический ток двигателя.

Статический момент производственного механизма, приведенный к валу электрической машины, определяется как:

(2.19)

для двигательного режима;

(2.20)

для генераторных режимов с активной нагрузкой, приведенной к валу электрической машины.

Для двигателей постоянного тока пуск, реверс, торможение, а также регулирование скорости должны осуществляться при наложенных на ток и момент ограничениях.

Для электродвигателя постоянного тока ограничение момента осуществляется путём ограничения тока якоря:

(2.21)

где максимально допустимый момент производственного механизма, определяемый его механической прочностью;

Ограничение тока необходимо также для защиты двигателя от перегрузок в переходных режимах. Максимальный ток якоря двигателя следует ограничить из условия удовлетворительной коммутации на коллекторе на уровне:

(2.22)

где λ – коэффициент допустимой перегрузки по току.

Для некоторых производственных механизмов необходимо ограничивать на допустимом уровне ускорение ( )доп рабочих органов в переходных режимах, в этом случае максимальный ток якоря двигателя определяется условием:

(2.23)

где эквивалентный момент инерции электропривода;

момент статической нагрузки на валу двигателя.

Таким образом, ток двигателя определяется допустимой нагрузкой механизма по условиям его механической прочности, допустимой перегрузкой двигателя по току и допустимым ускорением перемещения рабочего органа производственного механизма. Если дополнительных условий не задано, то максимальный ток якоря двигателя определяется по (2.20) из условия удовлетворительной коммутации на коллекторе.

В электроприводах постоянного тока с релейно-контакторной схемой управления ток якоря ограничивают введением на время пуска в цепь обмотки якоря двигателя добавочных сопротивлений. Схема силовых цепей такого электропривода приведена на рис. 2.2.

Рис 2.2 Схема силовых цепей двигателя постоянного тока при реостатном пуске в две ступени пусковых сопротивлений.

Схема содержит обмотку якоря двигателя M , контакт пускателя КМ, два последовательно включенных добавочных сопротивления Rд1 и Rд2 , которые шунтированы замыкающими контактами KM1 и KM2. Обмотка возбуждения двигателя LM питается от отдельного источника напряжения.

Электромеханические характеристики электропривода при пуске двигателя в две ступени приведены на рис. 2.3.

Рис 2.3 Электромеханические характеристики реостатного пуска двигателя в две ступени

Порядок построения пусковых характеристик:

· строится естественная или регулировочная характеристика 3 с заданной рабочей скоростью ωу3;

· строится первая пусковая электромеханическая характеристика 1. Характеристика 1 проходит через две точки: скорости идеального холостого хода при токе якоря, равном нулю (ω, I=0), и допустимого тока I доп при скорости, равной нулю (w=0). Значение допустимого тока I доп обычно определяется из условия удовлетворительной коммутации;

· определяем ток переключенияIпер, который принимается из условия:

(2.24)

· в точке с координатами ( , ) происходит закорачивание первого пускового сопротивления Rд1и двигатель переходит на пусковую характеристику 2. Таким образом, характеристика 2 проходит через две точки: скорости идеального холостого хода при токе якоря, равном нулю (I =0), и допустимого тока I доп при скорости, равной .

Закорачивание второго пускового сопротивления Rд2 также необходимо производить при токе переключения . Бросок тока при переходе двигателя на естественную характеристику должен быть равен допустимому току . Если это не происходит, то ток
переключения ( необходимо поменять, соответственно несколько увеличив или уменьшив его, однако если ток переключения становится

меньше , то необходимо увеличить число пусковых сопротивлений. При таком построении при заданном числе пусковых ступеней переходный процесс будет протекать за меньшее время по сравнению с другими вариантами построения характеристик.

Пусковые сопротивления при пуске двигателя в две ступени можно определить графо-аналитически:

, (2.25)

(2.26)

где – берется из графика электромеханических характеристик

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector