УСТОЙЧИВОСТЬ РАБОТЫ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
Под устойчивостью работы электродвигателя
понимают способность двигателя восстанавливать установившуюся частоту вращения при кратковременных возмущениях (изменениях нагрузки, напряжения питающей сети и пр.).
Условие равновесия моментов, приложенных к ротору двигателя
Где: Μ—электромагнитный момент двигателя; Мст — статический момент нагрузки (момент сопротивления механизма, приводимого во вращение, с учетом механических потерь в двигателе);
JdΩ2/dt—динамический момент, зависящий от момента инерции вращающихся масс J и ускорения ротора dΩ2/dt. При М = Мст угловая скорость неизменна Ω2=const и ускорение ротора
Ротор вращается с установившейся частотой, если при М>Мст, ротор ускоряется, а при М<Мст — замедля-ется. Устойчивость зависит от формы механических характеристик двигателя и приводимого им во вращение производственного механизма (рисунок 1).
Для грузоподъемных механизмов кранов, лифтов, лебедок и т. п. прямая 1,(рис.1а). Вентиляторы, центробежные насосы, гребные винты и прочие механизмы имеют характеристику кривая 2. Эту характеристику часто называют вентиляторной. Бетономешалки и некоторые другие механизмы имеют большое трение в состоянии покоя и при малых частотах вращения, поэтому в таких механизмах с ростом частоты вращения нагрузочный момент падает (кривая 3).
Устойчивость «в малом» - устойчивость при небольших изменениях нагрузки. Рассмотрим работу АД механическая характеристика 1 ( рис1. б), приводящего во вращение производственный механизм с механической характеристикой 2. Условие М=Мст выполняется в точках А и В при значениях частоты вращения nА и nВ. В точке В двигатель не может работать устойчиво, так как при малейшем изменении момента Мст (нагрузки) и возникающем в результате этого отклонении частоты вращения от установившегося значения появляется избыточный замедляющий или ускоряющий момент ±(М—Мст), увеличивающий это отклонение.
При работе машины в режиме, соответствующем точке А, двигатель работает устойчиво, так как при случайном увеличении момента Мст и замедлении ротора (т. е. уменьшении частоты вращения n2) электромагнитный момент Μ возрастает. Когда момент Μ станет равным новому значению Мст, двигатель снова работает с установившейся, но несколько меньшей частотой вращения. АД при работе на участке С—Μ механической характеристики обладает, свойством внутреннего саморегулирования, благодаря которому его вращающий момент автоматически регулируется по закону М=Мст . Это регулирование осуществляется за счет увеличения или уменьшения частоты вращения ротора n2.
Работа двигателя устойчива, если с увеличением частоты вращения n2 статический момент Мст уменьшается медленнее, чем электромагнитный момент двигателя М
При работе электродвигателя совместно с производственным механизмом, имеющим вентиляторнуюхарактеристику, устойчивая работа возможна и на участке Μ—n механической характеристики 1, т. е. при s>sкр.
Однако допускать работу при скольжениях, больших критического, не следует, так как при этом резко уменьшается КПД двигателя, а потери мощности в его обмотках становятся настолько большими, что могут в короткое время вывести двигатель из строя.
Устойчивость «в большом» - устойчивость при больших изменениях нагрузки.
Когда двигатель работает при скольжении, меньшем sкр, но близком к нему, случайная перегрузка двигателя может привести к его остановке при Мст>Мтах. Поэтому
Мтахиногда называют опрокидывающим моментом. При больших перегрузках устойчивость работы двигателя обеспечивают путем выбора номинального момента
Мном<Мmax.
Отношение kм = Мmax/Мном, называемое перегрузочной способностью, регламентируется ГОСТом. Перегрузочная способность для различных двигателей различна: kм = 1,7...3,5. Большие значения имеют двигатели, предназначенные для работы с большими перегрузками: крановые, металлургические и т. п.
Увеличение перегрузочной способности асинхронного двигателя ведет к возрастанию его габаритов и массы или к снижению энергетических показателей.
РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
Рабочими характеристиками зависимости частоты вращения n2 (или скольжения s), момента на валу М2, тока статора I1, коэффициента полезного действия η и cosφ1 от полезной мощности Р2 при U1=const и f1= const. Их определяют экспериментально или путем расчета по схеме замещения.
При переходе от ХХ к режиму полной нагрузки частота вращения n2 изменяется незначительно, поскольку АД расчитывают так, чтобы sн не превышало 0,02...0,06. Следовательно, скоростная характеристика (зависимость n2) асинхронногодвигателя является «жесткой».
Зависимость между моментом М2 и полезной мощностью Р2 определяется соотношением
где Ω2 - угловая скорость ротора.
Поскольку n2 (а следовательно и Ω2 )изменяются мало,
зависимость М2 близка к линейной.
Активная составляющая тока I1 пропорциональна полезной мощности. Реактивная составляющая в диапазоне рабочих нагрузок изменяется мало, так как она определяется главным образом током холостого хода, который составляет 20...40% отноминального тока.