Книги / элмех2000

162 Асинхронные машины Ч. IV

го двигателя). В этих условиях асинхронная машина будет работать в генераторном режиме, преобразуя механическую энергию первичного двигателя в электрическую.

При генераторном режиме асинхронной машины скольжение может изменяться в диапазоне S 0, при этом частота э.д.с. асинхронного генератора остается неизменной, так как она определяется частотой вращения поля статора.

В генераторном режиме асинхронной машины условия создания вращающегося поля статора такие же, что и в двигательном режиме: и в том и в другом режимах обмотка

статора включена в сеть с напряжением U1 и потребляет из сети намагничивающий ток I0 .Таким образом, асинхронная машина в

генераторном режиме обладает особыми свойствами: она потребляет реактивную энергию из сети, необходимую для создания вращающегося поля статора, но отдает в сеть активную энергию, получаемую в результате преобразования механической энергии первичного двигателя. Работа асинхронных генераторов возможно лишь при их совместной работе с синхронными генераторами, которые в этом случае необходимы как источники реактивной энергии.

В отличии от синхронных асинхронные генераторы не подвержены опасностям выпадения из синхронизма.

Асинхронный генератор может работать и в автономных условиях, т.е. без включения в общую сеть. Но в этом случае для получения реактивной мощности, необходимой для намагничивания генератора, используют батарею конденсаторов, включенных параллельно нагрузке на выводы генератора.

Непременное условие автономной работы асинхронных генераторов наличие остаточного намагничивания стали ротора, что необходимо для процесса самовозбуждения генератора.

Тормозной режим. Этот режим работы асинхронной машины наблюдается в том случае, если вращающееся после машины и ее ротор вращаются в разные стороны. Например, этот режим можно наблюдать в следующих условиях: асинхронный двигатель вращает барабан, на который наматывается трос, поднимающий груз. Если постепенно увеличивать вес груза, то создаваемый им противодействующий момент сначала остановит ротор двигателя S 1,а затем начнет вращать его в противоположную сторону, при этом электромагнитный момент двигателя, оставаясь прежним по направлению, окажется тормозящим, а скольжение будет возрастать, приобретая знания больше единицы:

S n0 ( n0 ) 1 n0

Кривая момента в тормозном режиме представляет собой продолжение кривой момента в двигательном режиме двигателя. Практически тормозной режим применяют при необходимости быстрой остановки ротора асинхронного двигателя. В этом случае переключением фаз на зажимах двигателя изменяют направление вращения магнитного поля, т.е. применяют противовключение двигателя, а так как ротор под действием сил инерции вращающихся масс продолжает вращаться в прежнем направлении, то электромагнитный момент становится тормозящим. Электрические потери в цепи ротора Pэл2 S Pэм в тормозном ре-

где Pnн - мощность, развиваемая вращающимися по инерции массами ротора и исполнительного механизма.

3.6 Паразитные моменты в асинхронном двигателе

Каждая из гармоник создает в машине вращающееся магнитное поле, частота вращения которого в раз меньше частоты вращения поля основной гармоники. При этом высшие пространственные гармоники н.с. порядка 6 k 1 создают прямовращающиеся (прямые) магнитные поля, а гармоники порядка

6 k 1 обратновращающиеся (обратные) поля.

Асинхронные моменты. Магнитные поля от высших пространственных гармоник, взаимодействия с обмоткой ротора, наводят в ней э.д.с. и создают в двигателе собственные электро-

поля основной гармоники, получим кривую результирующего асинхронного момента Mрез M M5 M7 .

Провалы кривой Mрез (участок при 0,7 S 0,85 , на кото-

ром Mрез Mсг затрудняют процесс разгона двигателя и могут

вызвать «застревание» ротора на малой частоте вращения. Заметное влияние на форму кривой момента оказывают

асинхронные моменты от гармоник поля зубцового порядка (обу-

Эффективным средством ослабления влияния высших гармоник поля является скос пазов ротора на одно зубцовое деление статора, так как в этом случае э.д.с. в стержнях ротора от зубцовых гармоник поля статора снижаются почти до нуля.

Действие высших гармоник поля также ослабляют правильным выбором числа пазов статора Z1 и ротора Z2 . Рекомендует-

ся соотношение Z2 1,25 (Z1 P).

Гл. 4 Круговая диаграмма асинхронного двигателя 167

сопротивления конец вектора тока I занимает различные положения на окружности, которую называют окружностью токов.

Схема замещения асинхронного двигателя с вынесенным намагничивающим контуром содержит две ветви: намагничивающую ветвь с током I0 и главную (рабочую) с током - I2 . Обе ветви

работают как бы независимо друг от друга. Параметром намагничивающей ветви, содержащей постоянные сопротивления, определяются диаграммой, представленной на рис. IV-4.2.

Главная ветвь схемы замещения, подобно электрической схеме, содержит постоянное индуктивное сопротивление x1 x2

работы этой ветви при изменении скольжения S определяются положением вектора тока на диаграмме. Совмещением диаграмм намагничивающей и главной ветвей получают круговую диаграмму асинхронного двигателя, на которой ток статора I1 равен геометрической сумме:

I1 I0 ( I2) OH HD

Диаметр окружности токов круговой диаграммы

HC U1 x1 x2

При обосновании полученной круговой диаграммы исходят из предположения, что индуктивные сопротивления схемы замещения асинхронной машины (xm,x1,x2 ) постоянны, т.е. не зави-

сят от нагрузки машины. Однако это предположение приближено, а поэтому полученную круговую диаграмму называют упрощенной. Приближенность упрощенной круговой диаграммы для большинства случаев исследования и расчета асинхронных машин вполне допустима.

4.2Построение упрощенной круговой диаграммы

Для построения круговой диаграммы асинхронной машины необходимо знать: напряжение сети (фазное) U1, ток х.х. (фаз-

ный) I0 , угол сдвига фаз между током и напряжением в режиме х.х. 0 , ток к.з. I1k , угол сдвига фаз между током и напряжением в режиме к.з. k и активное сопротивление фазы обмотки статора r1. Для определения этих параметров обычно используют либо

результаты расчетов, либо данные опытов х.х. и к.з. асинхронного

Рисунок IV-4.3

двигателя.

Опыт холостого хода.

При нормальном напряжении U1н , подводимом к обмотке статора, по показаниям измерительных приборов определяют ток I0 и мощность, а затем коэффициент мощности:

Опыт короткого замыкания.

Опыт проводят при пониженном напряжении U1k (0,15 0,3) U1н . Ротор двигателя предварительно заторма-

живают. При напряжении U1н , соответствующем номинальному току статора I1н , по показанию ваттметров определяют мощность к.з. Pкн , а затем вычисляют

При номинальном подведенном напряжении U1н величина тока к.з.

Гл. 4 Круговая диаграмма асинхронного двигателя 169

4.3 Применение упрощенной круговой диаграммы для определения параметров асинхронного двигателя

Токи.

Из точки O в масштабе токов (мм) отложим вектор тока статора I1 так, чтобы конец этого вектора (точка D) лежал на ок-

ружности токов OD I1 . Затем, соединив точку D с точкой H, mi

получим треугольник токов ODH, стороны которого определяют токи:

I0 miOH ; I2 miHD ; I1 miOD

Кроме того, опустив перпендикуляр из точки D на ось абсцисс, получим прямоугольный треугольник ODа, из которого определяем активную и реактивную составляющие тока статора:

ставляющей тока статора (P I1a).

На круговой диаграмме величина I1a определяется отрез-

ком Da, поэтому подведенная мощность:

P1 mp Da

где mp m1 U1н mi - масштаб мощности, Вт/мм.

Подведенную мощность отсчитывают от оси абсцисс, кото-

рую называют линией подведенной мощности P1, до заданной точки на окружности токов.

Полезная мощность P2 .

Полезную мощность на круговой диаграмме отсчитывают по вертикали от окружности токов до прямой, соединяющей точки на окружности, в которых полезная мощность равна нулю. Одной из таких точек является точка х.х. H, другой - точка к.з. K . Таким образом, линия MK является линией полезной мощности P2 .

Для заданной точки на окружности токов P2 mp Db

Электромагнитная мощность и электромагнитный момент.

Величину электромагнитной мощности на круговой диаграмме определяют положением линии электромагнитной мощности Pэм . Для построения этой линии необходимо провести пря-

мую через точки на окружности токов, в которых электромагнитная мощность (т.е. мощность, передаваемая вращающимся полем со статора на ротор) равную нулю. Такими точками являются H и T . Первая точка соответствует скольжению S 0 , вторая S . Но если точка H может быть получена по данным опыта х.х., то точку T экспериментально получить нельзя. Поэтому линию электромагнитной мощности строим по точкам H и K2 , при-

чем точку K2 определяют делением отрезка KK3 на две части в

одной фазы двигателя при опыте к.з.; r1 - активное сопротивление одной фазы обмотки статора.

Для данной точки D на окружности токов электромагнитная мощность

Pэм mp Dc

Электромагнитный момент двигателя

M Pэм 30Pэм 30mp DC

или

M mm Dc

Линию HT называют также линией моментов M.

Коэффициент мощности.

Для определения коэффициента мощности cos 1, на оси ординат строят полуокружность произвольного диаметра. Тогда для заданной точки на окружности токов имеем cos 1 OnOf .

Для удобства расчетов целесообразно диаметр полуокруж-

ности принять равным 100 мм. В этом случае cos 1 On .

100

Скольжение.

Скольжение S на круговой диаграмме определяют по шкале скольжения, для построения которой в точке на оси абсцисс восставляют перпендикуляр H0Q проходящий через H. Затем из

точки Q параллельно линии электромагнитной мощности проводят прямую QE до пересечения с продолжением линии полезной мощности. Отрезок QE делят на сто равных частей и получают шкалу скольжений. Для заданной точки D на окружности токов скольжение определяют продолжением линии HD до пересечения со шкалой скольжения в точке e. Соответствующая этой точке цифра на шкале скольжений выражает величину скольжения.

Участок шкалы QE , соответствующий дуге окружности токов HqK , определяет скольжение для двигательного режима

асинхронной машины (0 S 1); участок шкалы вправо от точки E , соответствующий дуге окружности токов KT , определяет скольжение для тормозного режима (1 S ); участок шкалы влево от точки Q, соответствующий дуге окружности токов, содержащей нижнюю половину окружности и отрезок TC верхней половины окружности, определяют скольжение для генераторного режима (0 S ).

К.п.д. двигателя.