6.5. Электромеханические свойства двигателей переменного тока.

В настоящее время в электроприводах используют асинхронные двигатели (АД) переменного тока с короткозамкнутым ротором, с фазным ротором, синхронные двигатели. Их доля составляет более 80% в системах электропривода.

Механическая характеристика АД с короткозамкнутым ротором – это зависимость частоты вращения от момента на валу ω= f(M) имеет четыре характерные точки:

1. ω _хх; М = 0 – точка идеального холостого хода;

2. ω _н; М_н – номинальный режим работы двигателя;

3. ω _к; М_к – точка критического режима;

4. ω =0; М_П – точка пускового режима.

Остальные точки при некоторых допущениях можно определить по упрощенной формуле Клосса

,

где S_k – критическое скольжение;

S_i – скольжение для заданного момента.

Критическое скольжение находят из соотношения

,

где S_н – номинальное скольжение;

-кратность максимального (критического) момента.

Задача. Рассчитать и построить естественную механическую и электромеханическую характеристики асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором типа 4А200М6 ОМ2 (р=6) по следующим паспортным данным: Р_ном=22кВт; U=380В; I_ном=41,3А; n_ном=975об/мин; k_м=2,4; k_п=1,2; cosφ_н=0,9.

Решение:

Синхронная угловая скорость двигателя (скорость вращения поля)

Номинальная угловая скорость двигателя

Номинальное скольжение

Критическое скольжение

Номинальный момент двигателя

Критический момент двигателя

Пусковой момент двигателя

Задаваясь значениями скольжения S от 0 до 1, определим соответствующие им значения моментов из уравнения по упрощенной формуле Клосса, задаваясь промежуточными значениями частоты вращения ω или S, т.к. ω=ω₀(1-S).

Рис 6.9. Характеристики асинхронного двигателя: 1 - механическая, рассчитанная по формуле Клосса; 3 - электромеханическая (скоростная) характеристика.

6.6. Нагрев и охлаждение электродвигателей.

Нагрев двигателя.

Работая с некоторой постоянной мощностью на валу , двигатель потребляет из сети мощность, превышающую мощностьна значение потерь, которые выражают через к.п.д. двигателя

Потери мощности в двигателе превращаются в теплоту, вызывая нагрев до некоторой температуры, определяемую его нагрузкой. Количество теплоты , выделяемое в двигателе

.

При расчёте тепловых процессов принимают следующие допущения:

- двигатель представляют в виде однородного твёрдого тела, равномерно нагревающегося по всему объёму;

- считают, что двигатель охлаждается только благодаря теплопроводности и конвекции. При этих условиях количество теплоты, выделяемой двигателем в окружающую среду, пропорционально повышению его температурынад температурой окружающей среды

.

Введём обозначения: С – теплоёмкость двигателя – количество теплоты, необходимое для нагревания двигателя на 1^oС, ; А – теплоотдача двигателя – количество теплоты, отдаваемое в окружающую среду в течение 1с при разности температур двигателя и среды 1^oС, ^oС. Уравнение теплового баланса имеет вид [1]

,

где - количество теплоты, выделяющейся в двигателе за время dt;

- количество теплоты, идущей на нагрев двигателя;

- количество теплоты, отдаваемой двигателем в окружающую среду за время dt.

Решив дифференциальное уравнение относительно , можно определить температуру двигателя в любой момент времени его работы (при условии, что температура двигателя в момент пуска равна температуре окружающей среды) [1].,

где - постоянная времени нагрева,;

- установившееся превышение температуры, которое будет

достигнуто за время . В реальных условиях черездвигатель достигает температуры. Исходя из реальных условий нагрева двигателя, постоянную нагрева Т определяют как время, в течение которого нагревается до. Действительно

.

Для двигателей малой и средней мощности постоянная времени нагрева находится в пределах 10-20 мин (рис.6.10а).

Охлаждение двигателя.

После отключения двигателя от сети выделение теплоты в нём сокращается: . Тогда, т.е. двигатель охлаждается до температуры окружающей среды. При этом двигатель останавливается, и теплоотдачав большинстве случаев ухудшается, а постоянная времени охлаждениястановится больше. Для самовентилируемых двигателей; для двигателей с независимым охлаждением можно принять.

Используя уравнение нагрева двигателя [1], получим уравнение охлаждение двигателя:

,

где - превышение температуры двигателя в момент отключения его от сети.

Если за время работы двигатель нагрелся до , т.е., то после отключения то сети он будет охлаждаться по экспоненциальной кривой.

За время двигатель охлаждается до температуры, соответствующей превышению

.

На практике можно считать полностью остывшим, если его температура не более чем на отличается от температуры окружающей среды, (рис.5б).