520

, об/мин;

где f – частота сети, Гц;

р– число пар полюсов двигателя.

Вобщем случае обмотка статора может иметь одну две три и т.д. пар полюсов (зависит от количества катушек на фазу и способа их соединения).

Скольжением называют относительную разность частот вращения магнитного поля и ротора:

32

, %.

В режиме двигателя . При пуске двигателя и . Чем больше тормозной момент, создаваемый на валу двигателя, тем меньше n и больше S.

Механические характеристики двигателя

Механическими характеристиками асинхронного двигателя (рис. 4.4) называют зависимость вращающего момента от скольжения М = f (S) и частоты вращения ротора от вращающего момента n = f (M) при постоянном напряжении и частоте питающей сети.

MМАХ

b

MПУСК

MНОМ

Рис. 4.4. Механические характеристики двигателя

Для каждого двигателя можно определить номинальный режим, т.е. режим длительной работы, при котором он не перегревается сверх температуры, определяемой классом изоляции обмоток.

Момент МНОМ , соответствующий этому режиму, называют

номинальным моментом, а − соответствующее ему номинальное скольжение.

перегрузке свыше МMAX двигатель входит в область неустойчивого режима и останавливается.

Перегрузочная способность двигателя определяется коэффициентом

33

,

величина которого приводится в паспортных данных.

Этот коэффициент определяет критическое скольжение двигателя, соответствующее MMAX :

.

Расчет характеристик ведется с использованием выражения для определения частоты вращения ротора n и формулы Клосса:

,

где S – текущее значение скольжения ротора в долях единицы.

Расчет с использованием формулы Клосса дает хорошее приближение в рабочей части характеристики (участок a – b на рис. 4.4). Однако пусковая часть описывается этой формулой с погрешностью.

Точную величину пускового момента МПУСК определяют по паспортным данным по коэффициенту кратности пускового момента к номинальному моменту

.

Стандартные обозначения типоразмера двигателя

Установлена следующая структура обозначения типоразмера 4АХХХХХХХХХХ:

4 – порядковый номер серии – диапазон мощностей от 0,06 до 400 кВт;

А – вид двигателя – асинхронный с короткозамкнутым ротором с литой алюминиевой обмоткой. Далее по порядку:

1.Исполнение по степени защиты −

Н– защищенное исполнение;

отсутствие знака – закрытое обдуваемое исполнение.

2. Исполнение двигателя по материалу станины и щита −

34

А − станина и щиты алюминиевые; Х − алюминиевая станина и чугунные щиты;

отсутствие знака – станина и щиты чугунные или стальные. 3, 4, 5. – Высота оси вращения, мм.

6.Условная длина станины по МЭК − L или M или S.

7.Длина сердечника статора

А– меньшая;

В − большая; отсутствие знака – одна длина в установленном размере.

При одних и тех же размерах станины сердечник может иметь разные длины. В этом случае знаки А и В ставятся после букв L, M, S и непосредственно после высоты вращения, если эти буквы отсутствуют.

8.Число полюсов −

2, 4, 6, 8, 10, 12.

9.Климатическое исполнение по ГОСТ 15150 – 69

У– для умеренного климата;

ХЛ – для холодного климата; ТВ – для влажного тропического; ТС – для тропического сухого;

В – для всех районов на суше и море.

10. Категория размещения по ГОСТ 15150 – 69 3 – для эксплуатации в закрытых помещениях с естественной вентиляцией

без искусственно регулируемых климатических условий, а также в нерегулярно отапливаемых помещениях.

Например, для двигателя 4А63А6У3 расшифровка типоразмера следующая:

4 – порядковый номер серии;

А– вид двигателя (асинхронный короткозамкнутый); закрытого обдуваемого исполнения; станина и щиты чугунные или стальные; высота оси вращения 63 мм;

А– меньшая длина сердечника в установленном размере; 6 – число полюсов; У – для умеренного климата;

3 – для эксплуатации в закрытых и нерегулярно отапливаемых помещениях.

35

Пример решения задачи № 4

Паспортные данные трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором типоразмера 4А63А6У3:

−линейное напряжение питающей сети Uном = 380 В;

−частота питающего напряжения f = 50 Гц;

−синхронная частота вращения магнитного поля n с = 1000 об/мин;

−мощность на валу Р2 ном = 0,18 кВт;

−номинальная частота вращения ротора n ном =855 об/мин;

−коэффициент мощности ;

−КПД ;

−кратность начального пускового тока к номинальному току кпуск = 3;

−кратность начального пускового момента к номинальному моменту

m пуск = 2,2;

− кратность минимального момента к номинальному моменту

m min = 1,6;

− кратность максимального момента к номинальному моменту

m кр = 2,2.

Рассчитать

электрическую линию для питания трехфазного асинхронного электродвигателя. Проводку выполнить в трубе изолированными алюминиевыми проводами.

Выбрать

автоматический выключатель для защиты линии от короткого замыкания и токовых перегрузок.

Определить:

−число пар полюсов обмотки статора p;

−номинальное скольжение ротора SНОМ ;

−номинальный МНОМ, начальный пусковой МПУСК и максимальный МMAX моменты;

−мощность на зажимах двигателя Р1 при номинальном режиме работы;

−полные потери мощности в двигателе при номинальной нагрузке ;

−объяснить маркировку типа двигателя, используя стандартные обозначения.

Построить

механические характеристики двигателя М = f (S) и n = f (M), обозначить на них паспортные: номинальный, пусковой, максимальный моменты.

36

Решение

Расчетный ток нагрузки, который следует принять равным номинальному току электродвигателя:

Минимальное сечение проводов для трехфазной нагрузки можно определить по выражению:

мм2;

где – мощность нагрузки на валу, кВт;

– длина провода, м;

– удельная проводимость алюминия, м/Ом мм2; UЛ – номинальное напряжение сети, В;

∆U – допускаемая потеря напряжения в сети (в долях единицы).

По таблице Приложения 1 длительно допустимых токовых нагрузок на провода и кабели с резиновой и полихлорвиниловой изоляцией с алюминиевыми жилами в столбце «три провода в трубе» выбрано стандартное сечение S = 2,5 мм2 с допустимым током Iдоп = 19 А.

Согласно ПУЭ, из условия механической прочности внутренняя проводка не может быть выполнена алюминиевыми жилами меньшего сечения.

Условие выполнено. Найденное стандартное сечение проверяется на потерю напряжения:

где – длина провода, км;

– коэффициент мощности нагрузки;

– величина, соответствующая ;

R0 , X0 – активное и индуктивное удельные сопротивления линейного провода, Ом/км.

Значения R0 выбираются по таблице Приложения 2. Для линий небольшой протяженности напряжением UЛ < 1кВ можно принять значение X0 = 0. Допустимая потеря напряжения составит . Условие выполнено.

37

К прокладке в трубе принимаются алюминиевые провода сечением

S = 2,5 мм2.

Для защиты линии от короткого замыкания и токовых перегрузок предусматривается автоматический выключатель. Номинальный ток автоматического выключателя выбирается по условию:

Номинальный ток уставки электромагнитного расцепителя автоматического выключателя определяется условием:

,

где – пусковой ток электродвигателя с короткозамкнутым ротором.

.

.

По таблице Приложения 4 выбран автоматический выключатель

Определяем число пар полюсов обмотки статора:

Значения nC − синхронной частоты вращения магнитного поля, об/мин и f – частоты питающего напряжения, Гц, даны в условии задачи.

Номинальное скольжение ротора:

.

Значение – номинальной (синхронной) частоты вращения ротора, об/мин, дано в условии задачи.

Величина номинального скольжения SНОМ в расчетах берется в долях единицы.

Определяем значения паспортных моментов двигателя: − Номинальный момент нагрузки на валу двигателя

38

Н∙м;

значение − мощности на валу двигателя, кВт, приводится в условии. − Пусковой момент двигателя

Н∙м;

Коэффициент кратности пускового момента к номинальному моменту задан в условии.

− Максимальный (критический) момент

Н∙м;

Коэффициент кратности максимального момента к номинальному моменту также задан в условии.

Мощность, потребляемая двигателем из сети, определяется из выражения

.

Она отличается от его номинальной мощности на величину потерь в двигателе, а коэффициент полезного действия задан.

кВт.

Полные потери мощности в двигателе при номинальной нагрузке

кВт.

Построение механических характеристик. Критическое скольжение двигателя можно определить по формуле:

.

Координаты естественной механической характеристики асинхронного двигателя рассчитываем по формуле Клосса:

где S – текущее значение скольжения ротора в долях единицы (Принимаем сами несколько значений скольжения по возрастанию от 0 до 1, в том числе для SНОМ и SКР ).

Величина текущего скольжения S в расчетах берется в долях единицы.

39

Частота вращения ротора определяется через текущее скольжение:

.

Рассчитанные величины представляем в виде таблицы 4.2.

Таблица 4.2.

момента двигателя МПУСК .

По данным таблицы 4.2 построить характеристики М = f (S) и

n = f (M) их вид аналогичен характеристикам на рис. 4.4. Следует иметь в виду, что этот метод расчета механических характеристик дает приближенные результаты. Нанесите на построенные характеристики паспортные значения номинального МНОМ , пускового МПУСК , и максимального МMAX моментов.

Контрольное задание к разделу 4

Задача 4

Трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором единой серии 4А имеет паспортные (каталожные) данные, указанные для каждого варианта задания в таблице 4.3 (с. 40 − 42). Линейное напряжение питающей сети UНОМ = 380 В, частота питающего напряжения

f = 50 Гц, протяженность линии l = 40 м.

Рассчитать

электрическую линию для питания трехфазного асинхронного электродвигателя по величине расчетного электрического тока и величине потери напряжения. Проводку выполнить в трубах или открыто изолированными алюминиевыми или медными проводами (см. таблицу 4.3).

Выбрать

автоматический выключатель в качестве аппарата защиты от токовых перегрузок и коротких замыканий.

40

Определить:

−число пар полюсов обмотки статора p;

−номинальное скольжение ротора SНОМ ;

−номинальный МНОМ, начальный пусковой МПУСК и максимальный МMAX моменты;

−мощность на зажимах двигателя Р1 при номинальном режиме работы;

−полные потери мощности в двигателе при номинальной нагрузке ;

−объяснить маркировку типа двигателя, используя стандартные обозначения.

Построить

механические характеристики двигателя М = f (S) и n = f (M), обозначить на них паспортные: номинальный, пусковой, максимальный моменты.

Выполнить расчет согласно примеру решения с построением всех указанных характеристик.

Таблица 4.3