4.4. Механическая характеристика асинхронного двигателя
Для
целей электропривода большое значение
имеет зависимость частоты вращения
двигателя от нагрузки на валу
;
эта зависимость называется механической
характеристикой
(рис. ). На
графике механической характеристики
можно выделить точки, соответствующие
основным режимам работы:
а
– идеальный холостой ход (
);
b
– номинальный режим, на который рассчитан
двигатель заводом-изготовителем (
);
с
– максимальный или критический момент
(
);
d
– начало
пуска (
– пусковой момент).
Рис.
Наличие
у асинхронных двигателей физически
означает, что к нему можно прикладывать
тормозной момент только для определенного
предела. При
двигатель останавливается, участок cd
– неустойчивая пусковая
часть характеристики.
Часть характеристики от точки с
до а
– устойчивая рабочая ветвь.
Одной из важных величин, характеризующих асинхронный двигатель, является перегрузочная способность
,
(16)
где
– коэффициент, определяющий перегрузочную
способность.
Коэффициент всегда больше 1, что обеспечивает запас устойчивости и предотвращает внезапные остановки двигателя при случайных колебаниях напряжения сети или тормозного момента на валу.
Следует
отметить, что изменение частоты вращения
асинхронных двигателей при изменении
нагрузки от нуля (холостой ход) до полной
(номинальный режим) весьма невелико,
т.к. их номинальное скольжение обычно
находится в пределах 0,02 – 0,05. Поэтому
механическая характеристика является
жесткой.
Рассмотренная механическая характеристика
кривая 1 (рис.19) называется естественной,
т.к. построена для случая, когда
,
и в цепях статора и ротора отсутствуют
какие-либо добавочные сопротивления.
Кривая 2 (рис. ) называется искусственной характеристикой. Эта характеристика более мягкая, получается при включении добавочного сопротивления в цепь фазного ротора.
Механическая характеристика показывает свойства двигателя как средства для электропривода. Но для наиболее полного выяснения свойств самого двигателя служат его рабочие характеристики.
Рабочими
характеристиками называются зависимости
от
полезной мощности
на валу двигателя при постоянных
значениях
и частоты
сети.
5. Синхронные машины
Основными частями синхронной машины являются якорь и индуктор. Наиболее частым исполнением является такое исполнение, при котором якорь располагается на статоре, а на отделённом от него воздушным зазором роторе находится индуктор.
Якорь представляет собой одну или несколько обмоток переменного тока. В двигателях токи, подаваемые в якорь, создают вращающееся магнитное поле, которое сцепляется с полем индуктора, и таким образом происходит преобразование энергии. Поле якоря оказывает воздействие на поле индуктора и называется поэтому также полем реакции якоря. В генераторах поле реакции якоря создаётся переменными токами, индуцируемыми в обмотке якоря от индуктора.
Индуктор состоит из полюсов — электромагнитов постоянного тока или постоянных магнитов (в микромашинах). Индукторы синхронных машин имеют две различные конструкции: явнополюсную или неявнополюсную. Явнополюсная машина отличается тем, что полюса ярко выражены и имеют конструкцию, схожую с полюсами машины постоянного тока. При неявнополюсной конструкции обмотка возбуждения укладывается в пазы сердечника индуктора, весьма похоже на обмотку роторов асинхронных машин с фазным ротором, с той лишь разницей, что между полюсами оставляется место, незаполненное проводниками. Неявнополюсные конструкции применяются в быстроходных машинах, чтобы уменьшить механическую нагрузку на полюса.
Для уменьшения магнитного сопротивления, то есть для улучшения прохождения магнитного потока применяются ферромагнитные сердечники ротора и статора. В основном они представляют собой шихтованную конструкцию из электротехнической стали (то есть набранную из отдельных листов). Электротехническая сталь обладает рядом интересных свойств. В том числе она имеет повышенное содержание кремния, чтобы повысить её электрическое сопротивление и уменьшить тем самым вихревые токи.
Принцип действия синхронного двигателя основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля якоря и магнитного поля полюсов индуктора. Обычно якорь расположен на статоре, а индуктор — на роторе. В мощных двигателях в качестве полюсов используются электромагниты (ток на ротор подаётся через скользящий контакт щетка - кольцо), в маломощных — постоянные магниты. Существует обращённая конструкция двигателей, в которой якорь расположен на роторе, а индуктор — на статоре (в устаревших двигателях, а также в современных криогенных синхронных машинах, в которых в обмотках возбуждения используются сверхпроводники.)
Частота
вращения ротора
[об/мин]
остаётся неизменной, жёстко связанной
с частотой сети
[Гц]
соотношением:
,
где
—
число пар полюсов ротора.