17. Механическая характеристика асинхронного двигателя

Механической характеристикой называется зависимость скорости двигателя от момента на валу.

Описывается уравнением:

,

где m₁- число фаз обмотки статора; r₁ и r₂' - активные сопротивления обмоток статора и ротора; x₁ и x₂' - индуктивные сопротивления обмоток статора и ротора.

Характерные точки:

О – идеальный холостой ход

S=0; M=0; n=n₁;

Н – номинальный режим

S=0,02-0,07; M=;М_н = 9550 P_н/n_н ; n=n_н;

К – критическая точка

M_кр= М_мах

;

П – точка пуска

;

Упрощенно механическую характеристику можно рассчитать по формуле Клосса:

Асинхронный двигатель может работать в следующих режимах:

I – двигательный (0 ≤ S ≤ 1)

II – генераторный (S < 0)

III – торможение противовключением (S > 1).

18. Рабочие характеристики асинхронных двигателей

Рабочими характеристиками называют графические зависимости частоты вращения n₂ (или скольжения S), момента на валу М₂, тока статора I₁, коэффициента полезного действия η и cos φ₁ от полезной мощности Р₂ при U₁ = const и f₁ = const. Их определяют экспериментально или путём расчета по схеме замещения или круговой диаграмме. Рабочие характеристики строят только для зоны практически устойчивой работы двигателя.

Примерный вид рабочих характеристик асинхронного двигателя

Частота вращения ротора. При переходе от режима холостого хода к режиму полной нагрузки частота вращения n₂ изменяется незначительно.

Вращающий момент на валу двигателя. Зависимость между моментом М₂ и полезной мощностью Р₂ определяется соотношением Р₂=М₂ω₂.

Поскольку n₂ изменяется мало, эта зависимость близка к линейной.

Ток статора. Активная составляющая тока пропорциональна полезной мощности. Реактивная составляющая в диапазоне рабочих нагрузок измеряется мало, так как она определяется главным образом током холостого хода, который составляет 20…40 % от номинального тока.

Коэффициент мощности. При переходе от режима холостого хода к режиму номинальной нагрузки коэффициент мощности возрастает от значения cos φ₁ = 0,09…0,18 до некоторой максимальной величины: для двигателей малой и средней мощности (1…100 кВт) имеем cos φ₁ = 0,7…0,9, а для двигателей большой мощности (свыше 100 кВт) cos φ₁ =0,90..0,95. При дальнейшем увеличении нагрузки cosφ₁ несколько уменьшается. Следовательно, работа асинхронного двигателя при малых нагрузках, когда cos φ₁ мал, в энергетическом отношении невыгодна.

Коэффициент полезного действия. Зависимость η от полезной мощности Р₂ имеет такой же характер, как и для трансформатора. Эта зависимость имеет общий характер для большинства электрических машин.

Во вращающихся электрических машинах средней и большой мощности условие максимума КПД выполняется при нагрузках примерно 60 % от номинальной.

19. Пуск асинхронных двигателей

Требования к пуску:

1. Пуск должен осуществляться без сложных пусковых устройств;

2. Пусковой момент должен быть максимальным;

3. Пусковой ток должен быть минимальным;

4. Время пуска должно быть минимальным.

На практике используют следующие способы пуска:

1. Прямой пуск.

Применяют для двигателей с КЗ ротором малой и средней мощности.

В момент пуска скорость вращения ротора равна нулю, т.е. двигатель находится в режиме короткого замыкания. При этом пусковой ток в 5 – 7 раз превышает номинальный. Бросок пускового тока оказывает неблагоприятное влияние на питающую сеть, особенно, когда ее мощность соизмерима с мощностью двигателя. Также недостатком прямого пуска является сравнительно небольшой пусковой момент.

2. Пуск при пониженном напряжении.

Применяют для асинхронных двигателей с КЗ ротором большой мощности, а также для двигателей средней мощности при недостаточно мощных электрических сетях.

Понижение напряжения может осуществляться следующими способами:

а) Переключение обмоток статора со звезды на треугольник.

Применяется для двигателей, у которых обмотка статора соединяется "треугольником". В момент пуска обмотки соединяются "звездой". При этом напряжение в фазе двигателя снижается в раз, а пусковой ток уменьшается в 3 раза. После разгона двигателя до номинальной скорости обмотку статора переключают на "треугольник".

Недостатками данного способа являются уменьшение пускового момента в 3 раза, а также коммутационные перенапряжения в обмотках двигателя, которые могут привести к пробою изоляции. Поэтому способ недопустим для высоковольтных двигателей.

б) Автотрансформаторный.

При пуске двигателя замыкают контактор К2 (К1 разомкнут). При этом напряжение, подаваемое на двигатель уменьшается в n_АТ раз. Пусковой ток уменьшается в раз.

После разгона двигателя К2 отключают и включают К1.

Недостатками данного способа пуска является уменьшение пускового момента в раз, а также необходимость наличия автотрансформатора, который используется только при пуске, что экономически не выгодно.

в) Реакторный

При разомкнутом контакторе К2 замыкают контактор К1. Ток из сети попадает в обмотку через реакторы, в которых происходит падение напряжения I₁x_p. В результате к обмотке статора подводится пониженное напряжение . После разгона двигателя до номинальной скорости замыкают контактор К2, и двигатель работает под номинальным напряжением.

Недостатком этого способа является снижение пускового момента в раз и меньшая выгодность с точки зрения пусковых токов и моментов, по сравнению с автотрансформаторным.

3. Пуск с помощью реостата в цепи ротора.

Применяется для двигателей с фазным ротором.

В цепь ротора включается добавочное сопротивление. Величина сопротивления подбирается таким образом, чтобы пусковой момент равнялся максимальному. По мере разгона двигателя сопротивление цепи ротора уменьшается путем замыкания контакторов К1-К3. После окончания разгона обмотка ротора замыкается накоротко и двигатель работает на естественной характеристике.

Достоинства:

- простота и низкая стоимость;

- максимально возможный пусковой момент.

Недостатки:

- значительные потери мощности в реостате. Поскольку реостаты рассчитаны на кратковременное протекание тока, включать их на длительное время запрещено.