31. Практическая формула для построения механической характеристики

1) Определяем номинальный вращающий момент: , (1.1) где  – номинальная мощность электродвигателя, кВт; nн–номинальная скорость электродвигателя, мин-1.  Н ∙ м 2) Определяем максимальный (критический) момент :  Н ∙м, где  – относительный критический момент . 3) Определяем пусковой момент двигателя:  Н∙ м, где   – относительный пусковой момент . 4) Определяем номинальный ток двигателя: . 5) Пусковой ток: , где   – кратность пускового тока . 6) Определяем скольжение при номинальной нагрузке:  , (1.2) где nн – частота вращения ротора электродвигателя, мин-1; nн – синхронная частота вращения, мин-1. 7) Определяем мощность, потребляемую из сети Р1 при номинальной нагрузке: , (1.3) где  – номинальный КПД электродвигателя.   кВт. 8) Построим механическую характеристику электрического двигателя по формуле Клосса: , (1.4) где  – критическое скольжение двигателя. 9) Определяем критическое скольжение: . (1.5) 11) Для построения механической характеристики по паспортным данным необходимы значения ω и М в пяти характерных точках: а) холостого хода ω_хх = 104,6 с^-1, М_хх = 0 Н ∙ м; б) с номинальными параметрами ω_н = 99,4 с^-1, М_н = 40,2 Н ∙ м; в) с критическими параметрами: ω_кр = 79,5 с^-1, М_кр =100,5 Н ∙ м; г) с минимальными параметрами  ω = ω₀ ∙ (1 – s_min) = 104,6∙ (1 – 0,85) = 15,6 с^-1; где s_min – значение скольжения соответствующего минимальному моменту, S_min= 0,84…0,86 / /. М_min = 52,6 Н ∙ м; д) пуска ω_п = 0 с^-1, М_п = 80,4 Н ∙ м.

32. Режимы работы асинхронной машины

Двигательный режим. Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя рассмотрен в § 6.2. При включении обмотки статора в сеть трех­фазного тока возникает вращающееся магнитное поле, которое, сцепляясь с короткозамкнутой обмот­кой ротора, наводит в ней ЭДС. При этом в стерж­нях обмотки ротора появляются токи (см. рис. 6.4). В результате взаимодействия этих токов с вращаю­щимся магнитным полем на роторе возникают элек­тромагнитные силы. Совокупность этих сил создает электромагнитный вращающий момент, под дейст­вием которого ротор асинхронного двигателя при­ходит во вращение с частотой n₂ < n₁ в сторону вра­щения поля статора. Если вал асинхронного двигателя механически соединить с валом какого-либо исполнительного механизма ИМ (станка, подъ­емного крана и т. п.), то вращающий момент двига­теля М, преодолев противодействующий (нагрузоч­ный) момент М_нагр, исполнительного механизма, приведет механизм во вращение. Следовательно, электрическая мощность Р₁, поступающая в двига­тель из сети, в основной своей части преобразуется в механическую мощность Р₁ и передается исполни­тельному механизму ИМ (рис. 10.1, б).

Генераторный режим. Если обмотку статора включить в сеть, а ротор асинхронной машины посредством приводного дви­гателя ПД (двигатель внутреннего сгорания, турбина и т. п.), яв­ляющегося источником механической энергии, вращать в направ­лении вращения магнитного поля статора с частотой n₂ > n₁, то направление движения ротора относительно поля статора изме­нится на обратное (по сравнению с двигательным режимом работы пой машины), так как ротор будет обгонять поле статора. При этом скольжение станет отрицательным, а ЭДС, наведенная в обмотке ротора, изменит свое направление. Электромагнитный момент на роторе М также изменит свое направление, т. е. будет направлен встречно вращающемуся магнитному полю статора и станет тормозящим по отношению к вращающемуся моменту приводного двигателя М₁ (рис. 10.1, а). В этом случае механическая мощность приводного двигателя в основной своей части будет преобразована в электрическую активную мощность Р₂ перемен­ного тока. Особенность работы асинхронного генератора состоит в том, что вращающееся магнитное поле в нем создается реактивной мощностью Q трехфазной сети, в которую включен генератор и да он отдает вырабатываемую активную мощность Р₂. Следовательно, для работы асинхронного генератора необходим источник переменного тока, при подключении к которому происходит возбуждение генератора, т. е. в нем возбуждается вращающееся маг­нитное поле.

Режим торможения противовключением. Если у работаю­щего трехфазного асинхронного двигателя поменять местами любую пару подходящих к статору из сети присоединительных проводов, то вращающееся поле статора изменит направление вращения на обратное. При этом ротор асинхронной машины под действием сил инерции будет продолжать вращение в прежнем правлении. Другими словами, ротор и поле статора асинхронной машины будут вращаться в противоположных направлениях. В этих условиях электромагнитный момент машины, направленный в сторону вращения поля статора, будет оказывать на ротор тормозящее действие (рис. 10.1, в). Этот режим работы асинхронной машиины называется электромагнитным торможением противовключением. Активная мощность, поступающая из сети в машину при этом режиме, частично затрачивается на компенсацию механической мощности вращающегося ротора, т. е. на его торможение.

Обобщая изложенное о режимах работы асинхронной маши­ны, можно сделать вывод: характерной особенностью работы асинхронной машины является неравенство частот вращения маг­нитного поля статора n₁ и ротора n₂, т. е. наличие скольжения, так как только в этом случае вращающееся магнитное поле наводит в обмотке ротора ЭДС и на роторе возникает электромагнитный момент. При этом каждому режиму работы асинхронной машины соответствует определенный диапазон изменений скольжения, а следовательно, и частоты вращения ротора. Из рассмотренных режимов работы наибольшее практическое применение получил двигательный режим асинхронной машины, т. е. чаще используют асинхронные двигатели, которые составля­ют основу современного электропривода, выгодно отличаясь от других электродвигателей простотой конструкции и высокой на­дежностью. Поэтому теорию асинхронных машин принято изла­гать применительно к асинхронным двигателям.

33.Рабочими характеристиками называют графические зависи­мости частоты вращения п₂ (или скольжения s),момента на валу М₂ , тока статора I₁ , коэффициента полезного действия η и cos φ₁от полезной мощности Р₂ при U₁ = const и f₁ = const. Их определяют экспериментально или путем расчета по схеме замещения или круговой диаграмме.

Частота вращения ротора. При переходе от режима холостото хода к режиму полной нагрузки частота вращения n₂ изменяется незначительно, так как при проектировании двигателей для уменьшения потерь мощности в роторе ΔР_эл2 необходимо, чтобы скольжение при номинальном режиме не превышало 0,02—0,06. Следовательно, скоростная характеристика асинхронного двигателя является «жесткой».

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

Р₂ = М₂ ω₂ ,

где ω₂ — угловая скорость ротора.

Ток статора. Ток I₁ получают по круговой диаграмме непосредственным измерением отрезков, соединяющих начало координат с точками А₁ , А₂ , А₃ и другими на окружности токов. Активная составляющая тока пропорциональна полезной мощности. Реактивная составляющая в диапазоне рабочих нагрузок изменяется 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) cos φ1 = 0,7 ÷ 0,9, а для двигателей большой мощности (свыше 100 кВт) cos φ₁  =0,90 ÷ 0,95.

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.