Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

KonspektElektrotekhnika_i_elektronika

.pdf
Скачиваний:
26
Добавлен:
03.03.2016
Размер:
6.68 Mб
Скачать

 

 

 

Электротехника и электроника

 

 

 

 

 

 

 

 

5.3. АСИНХРОННЫЕ МАШИНЫ

 

 

 

 

 

Асинхронные машины

это машины переменного тока,

применяемые

обычно в качестве двигателей. Причиной широкого распространения асин-

хронных двигателей (АД) является простота устройства и высокая надежность.

5.3.1. Устройство трехфазного асинхронного двигателя

 

 

Неподвижная часть АД называется статором, вращающаяся - ротором.

Пространство между этими двумя частями - воздушный зазор

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Статор

(рис.

 

 

 

 

11

 

 

 

5.16)

состоит из

 

 

 

 

 

 

 

 

 

станины 1, кото-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

рая

 

является

 

 

 

 

 

 

 

 

 

внешней

частью

 

 

 

 

 

 

 

 

 

двигателя.

Стани-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

на

закрывается

 

 

 

 

 

 

 

 

 

двумя фланцами -

 

 

 

 

10

 

 

 

подшипниковы-

 

 

 

 

 

 

 

ми щитами 11, в

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 5.16

 

 

 

которых находят-

 

 

 

 

 

 

ся

подшипники

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ротора 10. Станина и фланцы образуют корпус. К корпусу крепятся лапы 2 для

установки двигателя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В станину помещен шихтованный сердечник 3, имеющий форму полого

цилиндра. В пазах 4, с внутренней стороны сердечника статора, уложена

трехфазная обмотка 5. Трехфазная обмотка статора содержит три фазные об-

мотки (рис. 5.17,а), выводы которых: U1, V1, W1 - начала фаз; U2, V2, W2 - кон-

цы фаз. Выводы фаз соединены с зажимами, размещенными на панели в короб-

 

V1

 

 

U1

V1

W1

Y

 

ке выводов 12 двига-

 

 

 

 

теля. Каждая фазная

 

 

 

 

 

 

 

W2 U2 V2

 

 

 

 

 

 

 

обмотка занимает 1/3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V2

 

 

U2

V2

W2

U1 V1 W1

пазов статора.

 

 

 

 

 

Фазные обмотки

U2

W2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A B

C

(рис. 5.17,б)

 

могут

 

 

 

 

 

 

 

 

U1

 

W1

U1

V1

W1

 

быть

 

соединены

W2 U2 V2

 

 

 

 

W2 U2

V2

«звездой»

(Y)

или

 

 

 

 

 

 

«треугольником» ().

U1 V1

W1

U2

V2

W2

 

U1 V1 W1

Переключение

с

 

 

 

 

 

 

панель выводов

 

 

 

 

A B

C

«треугольника»

на

 

 

 

 

«звезду» использует-

 

 

 

 

 

 

 

а)

 

 

б)

 

 

в)

 

 

 

 

 

 

 

ся для

того,

чтобы

 

 

 

Рис. 5.17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

иметь

возможность

 

 

 

 

 

 

 

 

 

применять одни и те же двигатели при двух различных линейных напряжениях,

находящихся в отношении 3 . Например, 220/380В. Набор перемычек позво- ляет осуществить необходимые соединения на панели выводов, как показано на

- 80 -

5. Электрические машины. Асинхронный двигатель

рис. 5.17,в. Начала фаз U1, V1, W1 подключают к трем фазам А, В, С питающей сети.

Ротор (рис. 5.16) состоит из вала 9, на котором закреплен шихтованный сердечник 6, имеющий форму цилиндра. В пазах 7 с внешней стороны сердеч- ника ротора размещена обмотка ротора 8. Роторы бывают двух видов: корот-

козамкнутые (типа беличья клетка) и с контактными кольцами (фазные).

2

 

2

 

 

 

 

1

 

2

 

 

 

 

 

 

 

а)

 

 

б)

в)

 

 

 

 

 

Рис. 5.18

 

Обмотка короткозамкнутого ротора (рис. 5.18,а) состоит из медных или алюминиевых стержней 1, вставленных в пазы ротора и замкнутых накоротко на торцах двумя медными или алюминиевыми кольцами 2. Обмотка такого ро- тора (совокупность стержней) представляет собой цилиндрическую клетку, так

называемое «беличье колесо» (рис. 5.18,б).

 

 

А

 

U1 V1 W1

Применяется также способ,

ко-

В

 

гда расплавленным алюминием

за-

 

 

С

 

 

 

М

ливают пазы ротора и одновременно

 

 

Q

 

~

 

отливают короткозамыкающие коль-

U1

V1

W1

 

 

б)

ца 2 (рис. 5.18,в) с вентиляционными

 

 

статор

лопатками.

 

U2

V2

W2

Условные обозначения асин-

хронного двигателя с короткозамк-

 

 

М

~нутым ротором приведены на

ротор

в)

рис.5.19: а - развернутая схема (при

а)

подключении к трехфазной сети че-

 

 

Рис. 5.19

 

рез выключатель Q), б - схема упро-

 

щенная, в - схема однолинейная.

 

 

На рис. 5.20,а приведен асинхронный двигатель с фазным ротором в

разрезе: 1 станина, 2 сердечник статора, 3 ротор. На роторе размещена трехфазная обмотка соединенная «звездой», выполненная изолированным про- водом. Три свободных конца этой обмотки соединены с тремя контактными (медными или стальными) кольцами 4, закрепленными на валу ротора. Эти кольца изолированы от вала и друг от друга. Три неподвижные щетки 5, скользящие по кольцам, соединяют каждую фазу обмотки с пускорегулирую- щим устройством (например, трехфазным реостатом).

Условные обозначения двигателя с фазным ротором, соединенного с пус- ковым реостатом Rр показаны на рис. 5.20: б - развернутая схема, в - схема уп-

- 81 -

Электротехника и электроника

рощенная. Выводы фаз обмотки ротора, соединенной в «звезду», обозначаются буквами K, L, M; общая точка звезды Q.

 

 

А

 

 

 

 

 

В

 

 

 

 

3

С

 

 

 

1 2

Q

 

 

 

 

 

 

 

5

 

U1

V1

W1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U1 V1 W1

 

 

U2 V2

W2

 

М

 

 

 

 

 

~

 

 

Q

 

 

K L M

 

 

 

 

 

4

 

K

L

M

R

 

 

р

 

 

 

 

 

R

 

 

 

 

 

р

 

 

 

 

а)

 

б)

 

в)

 

 

Рис. 5.20

 

 

 

Пример 5.10. Изобразить схему включения трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в сеть 380 В, если его номинальное на- пряжение 660 / 380 В

А

В

С

Q

U1 V1 W1

U2 V2 W2

Рис. 5.21

Решение. В паспорте трехфазных приемников ука- зываются значения линейных напряжений для двух возможных схем соединения обмоток статора: «звезда»

и «треугольник». Для схемы «Y» U = 3 U , для схе-

мы «» Uл= Uф. Фазное напряжение остается неизмен-

ным. Таким образом, большее в 3 раз напряжение, то есть 660 B соответствует соединению в «звезду», 380 В

в «треугольник».

Напряжение питающей сети Uс = 380 B. Этому на- пряжению соответствует Uном = 380 B асинхронного двигателя при соединении обмоток статора в «». Схе- ма включения представлена на рис. 5.21.

5.3.2. Вращающееся магнитное поле статора

Назначение статора - создание в воздушном зазоре вращающегося магнит- ного поля. Магнитное поле статора создается его обмоткой, размещенной в па- зах и распределенной вдоль внутренней окружности статора.

Равномерно разместим на статоре (рис. 5.22,а) три идентичные фазные об- мотки U1-U2, V1-V2 и W1-W2, каждая из которых содержит одну одновитковую катушку. Оси катушек А, В и С образуют между собой углы по 120°. Соединим катушки «звездой» и подключим к фазам А, В, С сети переменного тока часто- той f. В фазах обмотки возникает симметричная система токов iA, iB, iC:

- 82 -

5. Электрические машины. Асинхронный двигатель

А

В

С

Q

 

 

 

V1 i

iA

iB

iC

iA

 

W1

 

U1

 

 

IC

 

IA

B

IB

 

 

 

 

 

V2

 

 

 

W2

 

 

 

t4

 

A

120o

 

 

t1

t2

t3

ω t

N

0

120°

240°

 

360°

 

S

 

120o

 

 

 

 

 

 

120o

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IB

IA

U2

C

IC

 

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а)

 

 

 

б)

 

 

 

Рис. 5.22

iA = Im sin ωt, iB = Im sin(ωt-120º), iC = Im sin(ωt+120º),

временная диаграмма которых показана на рис. 5.22,б.

Каждая фазная обмотка создает переменное магнитное поле, направление которого связано с направлением тока и определяется по правилу буравчика. Наибольшая индукция магнитного поля имеет место на оси катушки. Магнит- ные поля трех фазных обмоток образуют результирующее магнитное поле.

Вмомент времени t1, когда ток фазы А сети имеет положительное ампли- тудное значение iA = Im, токи в проводниках обмотки будут иметь направления, показанные на рисунке 5.22,а. Положительный ток iА > 0 идет в проводниках катушки, подключенной к фазе А сети, от начала U1 к концу U2.

- символ «точка» обозначает ток, направленный к нам.

- символ «крест» (плюс) обозначает ток, направленный от нас.

Вфазах В и С сети токи отрицательные (iВ =iС < 0), то есть они направлены во второй и в третьей катушках от V2 к V1 и от W2 к W1. В соответствии с этим распределится и магнитное поле, силовые линии которого показаны пунктиром на рис. 5.22,а. Направление результирующего магнитного поля будет совпадать

сосью катушки фазы А.

Вмомент времени t2, ток фазы В сети имеет положительное амплитудное

значение iВ = Im, а токи iА=iС < 0. Направление поля будет совпадать с осью ка- тушки фазы В. Следовательно, результирующее поле повернулось на 120° в пространстве и т.д.

Наконец, в конце периода T = 1 результирующее поле вернется на ось ка- f

тушки фазы А.

В результате получили равномерно вращающееся магнитное поле, направ- ление вращения которого определяется последовательностью фаз А→ В→ С трехфазной системы переменного тока, питающей обмотку статора. Если изме-

- 83 -

Электротехника и электроника

нить последовательность фаз в обмотке статора, например, катушку W1-W2, со- единенную с фазой С питать током фазы В, а катушку V1-V2, подключенную к фазе В - током фазы С, направление вращения поля изменится.

Магнитное поле, создаваемое тремя катушками, имеет два полюса (север- ный N и южный S на рис. 5.22,а) и называется двухполюсным вращающимся полем. Магнитный поток выходит из северного полюса N, проходит через воз- душный зазор, сердечник ротора, пересекает второй воздушный зазор и пере- ходит в южный полюс S. В сердечнике статора поток разделяется на две равные части и возвращается к северному полюсу, из которого вышел.

Скорость вращения магнитного поля.

За один период переменного тока T = 1 двухполюсное магнитное поле де- f

лает один оборот, а следовательно, при стандартной частоте f = 50 Гц это поле делает за одну секунду 50 оборотов, а за минуту 50·60 = 3000 оборотов. Таким образом, скорость вращения двухполюсного магнитного поля равна n0 = 60f, где n0 выражается в оборотах в минуту [об/мин] и называется синхронной скоро- стью вращающегося поля

В тех случаях, когда требуется двигатель с меньшей скоростью, применя- ется многополюсная обмотка статора. Если вращающееся поле имеет р пар по- люсов, оно делает полный оборот за р периодов и его скорость вращения будет:

 

 

 

 

n

0

= 60 f1

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где f1= f

частота тока в обмотке статора, равная частоте питающей сети f; р

число пар полюсов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При стандартной частоте f1= 50 Гц получим ряд значений:

 

 

Число пар полюсов p

 

 

 

1

2

3

4

5

6

Синхронная скорость n0, об/мин

 

3000

1500

1000

750

600

500

 

A

3~

C

 

 

5.2.3. Принцип действия АД

 

 

B

 

 

При включении трехфазной обмотки ста-

 

 

 

 

 

 

 

Q

 

 

тора в сеть (рис. 5.23) возникает вращающее-

 

U1

V1

W1

ся магнитное поле, создаваемое токами об-

 

F

N

 

мотки статора.

Изобразим магнитное

поле

 

 

v

статора в виде пары полюсов N и S, вращаю-

 

e2,i2

 

щихся со скоростью n0. Поместим в такое по-

 

 

 

 

 

 

ле ротор, обмотка которого содержит один

n

n0

B

 

короткозамкнутый виток.

 

 

 

M

 

 

F

 

Вращающееся магнитное поле пересека-

c

 

S

 

 

 

 

 

 

 

 

M

 

ет проводники обмотки ротора и согласно за-

 

 

кону электромагнитной индукции в них на-

 

 

 

 

 

 

 

 

водится ЭДС е2, направление которой опре-

 

Рис. 5.23

 

деляется правилом правой руки. При этом

 

 

 

 

надо иметь в виду, что направление переме-

- 84 -

5. Электрические машины. Асинхронный двигатель

щения проводников ротора в магнитном поле (со скоростью v) обратно направ- лению вращения самого поля. Под действием ЭДС в замкнутой обмотке ротора возникает ток i2. Направление тока в каждом проводнике обмотки совпадает с направлением индуктированной ЭДС е2. По правилу Ленца, вследствие взаимо- действия между током ротора и полем к сторонам витка будет приложена пара сил FF, направление которых определяется по правилу левой руки. Под дейст- вием этой пары сил, то есть вращающего электромагнитного момента

Мэм

= 2F

D

(где

D

удаление проводников от оси ротора), ротор начинает

 

2

 

2

 

 

вращаться в том же направлении, что и поле (если момент сопротивления не превышает вращающего момента на валу АД Мс < M). Установившаяся ско- рость вращения ротора n будет достигнута при равенстве М= Mc. Она меньше скорости вращения поля n0, то есть ротор вращается асинхронно с полем (при равенстве n0= n магнитное поле не будет пересекать проводники обмотки рото- ра и индуктировать в них ЭДС).

Скорость вращения магнитного поля относительно ротора ∆n= n0 - n меня- ется в зависимости от скорости вращения ротора. Отношение разности син- хронной скорости и скорости ротора к синхронной скорости называется сколь- жением. Обозначается s:

s = n0 n . n0

В двигательном режиме скольжение изменяется между s = 1 при пуске (n=0) и нулем s = 0 (n = n0 - идеальный холостой ход). Чаще всего скольжение выражается в процентах.

Вывод. - Вращающееся магнитное поле, создаваемое в машине токами об- мотки статора, индуктирует токи в замкнутой обмотке ротора. Взаимодействие этих токов с магнитным полем создает вращающий момент, который заставляет ротор вращаться.

3~

A B C

Q

U1 V1 W1

U2 V2 W2

Рис. 5.24

5.3.4. Реверсирование асинхронного двигателя

Изменение последовательности фаз трехфазной систе- мы переменного тока в обмотке статора меняет направление вращения магнитного поля и направление вращения ротора. Таким образом, для реверсирования асинхронного двигате- ля надо поменять местами соединения двух выводов стато- ра с сетью. Например (рис. 5.24), зажим статора W1, соеди- ненный первоначально с фазой С сети, присоединить к фазе В и наоборот, зажим V1 – к С. Это изменение соединений может быть осуществлено посредством переключателя Q.

Пример 5.11. Номинальная скорость вращения трехфазного асинхронного двигателя nном = 975 об/мин. Определить количество полюсов АД и скольжение при стандартной частоте питающей сети.

Решение. Скорость вращения ротора всегда меньше скорости вращения магнитного поля n0.

- 85 -

Электротехника и электроника

 

Выбираем значение ближайшей большей скорости из ряда синхронных

скоростей вращения: n0 = 1000 об/мин.

 

 

 

 

 

 

Стандартная частота питающей сети f = f1 = 50 Гц. Тогда из выражения

n

=

60 f1

получаем число пар полюсов АД

р =

60 f1

=

60 50

= 3.

 

 

 

0

 

p

 

n0

1000

 

 

 

 

 

Количество полюсов будет в два раза больше 2р = 2·3= 6. Скольжение при работе АД с номинальной скоростью:

sном = n0 nном = 1000 975 = 0,025 или 2,5%. n0 1000

5.3.5. Электродвижущие силы статора и ротора

Вращающееся магнитное поле индуктирует ЭДС в каждой из трех фаз об- мотки статора. Каждая фаза обмотки размещена в нескольких пазах, вследствие чего магнитное поле пересекает проводники обмотки не одновременно. Поэто- му ЭДС одной фазы обмотки статора Е1 меньше произведения ЭДС одного вит- ка e на число витков w1. Это обстоятельство учитывается посредством обмо- точного коэффициента kоб1 = 0,9…0,98. Выражение ЭДС одной фазы обмотки статора записывается подобно уравнению трансформаторной ЭДС:

E1= 4,44Фmf1 w1 kоб1.

Пока ротор неподвижен, магнитное поле вращается относительно ротора со

скоростью n0 и частота ЭДС в роторе равна частоте тока в статоре f2 = f1

=

pn0

.

 

 

60

 

Таким образом, ЭДС обмотки неподвижного ротора:

 

 

 

E20 = 4,44Фmf1 w2 kоб2,

 

 

 

где w2 и kоб2 = 0,9…0,98 соответственно число витков и обмоточный коэффи- циент обмотки ротора.

Когда ротор вращается, поле статора вращается относительно ротора со

скоростью ∆n= n0 – n.

Частота ЭДС в обмотке ротора уменьшается и равна

произведению частоты тока в обмотке статора на скольжение:

f

2

=

p (n0 n)

=

p (n0 n)

 

n0

= f s .

 

 

 

 

 

60

 

60

 

1

 

 

 

 

 

n0

ЭДС вращающегося ротора:

E2 = 4,44Фmf2 w2 kоб2 = 4,44Фmf1·s w2 kоб2 = E20·s.

Вывод: пока ротор неподвижен, его ЭДС имеет максимальное значение; ко- гда ротор вращается, ЭДС уменьшается в зависимости от скольжения.

5.3.6. Токи в фазах асинхронного двигателя

По аналогии с трансформатором действующее значение фазного напряже- ния обмотки статора U1 уравновешивается ЭДС Е1 и падением напряжения на индуктивном X1 и активном r1 сопротивлениях обмотки статора:

U1 = (E1 ) + I1r1 + I1 X1 = −E1 + I1Z1 ,

где Z1 = r12 + X12 - полное сопротивление обмотки статора.

- 86 -

5. Электрические машины. Асинхронный двигатель

Так как падение напряжения в статоре незначительное, имеем U1 = −E1 :

U1= 4,44Фmf1 w1 kоб1,

то есть магнитный поток двигателя пропорционален фазному напряжению об- мотки статора U1. Напряжение U1 - величина постоянная, следовательно, маг- нитный поток вращающегося поля можно считать также постоянным. Магнит- ный поток создается совместным действием намагничивающих сил обмоток статора и ротора. Тогда по аналогии с трансформатором фазный ток статора:

 

 

 

 

 

 

 

I1 = I 2/ + I10 ,

 

I /

= −I

 

m2 w2 kоб2

 

 

 

где

 

- фазный ток ротора, приведенный к количеству витков и

 

 

 

2

 

2 m w k

об1

 

 

 

1 1

числу фаз обмотки статора, т.е. это часть тока статора, которая уравновешивает размагничивающее действие тока ротора; m1, m2 число фаз обмоток статора и ротора; I10 - ток идеального холостого хода, реактивный намагничивающий ток, поддерживающий переменное магнитное поле двигателя.

Фазный ток ротора I

2

= E2

=

E2

=

 

E20 s

 

 

,

+ X 2

 

+ (sX

 

 

 

Z2

r 2

 

r 2

 

)2

 

 

 

 

20

 

 

 

 

2

2

 

2

 

 

 

где полное сопротивление фазы ротора Z2 состоит из активного сопротивления r2 и индуктивного сопротивления X2 = 2πf2L2 = 2πf1·s·L2 = s·X20; X20 индуктив- ное сопротивление фазной обмотки неподвижного ротора; L2 индуктивность этой обмотки.

Из-за наличия воздушного зазора намагничивающий ток асинхронного двигателя значительно больше намагничивающего тока трансформатора и со-

ставляет I10 (25 – 30)% Iном.

Вывод: асинхронные двигатели загружают электрическую сеть значитель- ными реактивными токами, что является их существенным недостатком. Ток зависит от скольжения и в момент пуска имеет максимальное значение.

Намагничивающий ток двигателя мало зависит от нагрузки. Активный же ток двигателя пропорционален механической нагрузке, поэтому уменьшению нагрузки соответствует увеличение доли реактивного тока и снижение коэффи- циента мощности (cos φ) двигателя. Для повышения cos φ промышленных пред- приятий надо полностью загружать двигатели - это «естественное улучшение cosφ».

5.3.7. Потери и коэффициент полезного действия

В асинхронном двигателе имеют место три вида потерь:

-электрические потери (тепловые потери на нагрев током обмоток статора

иротора), которые называются потерями в меди;

-магнитные потери в сердечнике статора и ротора, вызванные переменным магнитным потоком, которые называются потерями в стали;

-механические потери, приходящиеся на трение в подшипниках и на вен- тиляцию.

Процесс передачи электрической энергии в АД иллюстрируется диаграм- мой мощностей (рис. 5.25).

-87 -

Электротехника и электроника

 

P

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

Ротор

 

P

 

 

Ротор

P

1

 

 

 

Статор

 

эм

 

 

 

 

мех

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мощность

 

Мощность,

обмотка и сердечник

 

Мощность

 

подшипники

Мощность

 

 

 

 

 

 

 

потребляемая

 

 

передаваемая

 

 

 

 

механическая

 

 

полезная

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ротору

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Потери

Потери

 

 

 

Потери

Потери

 

 

 

 

Потери

 

 

 

 

в меди

в стали

 

 

 

в меди

в стали

 

 

 

 

на трение

 

 

 

 

 

Pм1

Pст1

 

 

 

Pм2

Pст2

 

 

 

 

Pмех

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 5.25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мощность, потребляемая тремя фазами двигателя из питающей сети:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р1 = 3 U1I1 cos φ.

 

 

 

 

 

 

 

где U1, I1 действующие значения фазных напряжения и тока, cos φ

коэффи-

 

циент мощности АД.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В статоре часть мощности теряется в обмотке P

= 3I 2 r и в стали сер-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

м1

 

 

1 1

 

 

 

дечника ∆Рст1. Остальная - электромагнитная мощность передается вращаю- щимся полем ротору Рэм= Р1 - ∆Рм1 - ∆Рст1. Она равна произведению электро- магнитного вращающего момента Мэм на угловую скорость вращения поля ω0:

Рэм = Мэмω0 = M эм n0 ;

9,55

Часть мощности ∆Рм2= m2 I22 r2 теряется в роторе на нагревание. Потери

∆Рст2 в стали сердечника ротора из-за незначительной частоты перемагничива- ния f2 = f1·s относительно малы.

Разность между электромагнитной мощностью и мощностью потерь пред- ставляет собой механическую мощность ротора:

Рмех = Рэм ∆Рм2 - ∆Рст2.

Механическая мощность равна произведению электромагнитного вращаю- щего момента Мэм на угловую скорость ротора ω:

Рмех = Мэмω = M эм n .

9,55

Полезная мощность на валу Р2 определится, если из механической мощно- сти двигателя вычесть механические потери ∆Рмех:

P2 = Рмех- ∆Рмех.

Полезная мощность равна произведению вращающего момента на валу двигателя М на угловую скорость ротора ω:

Р2 = Мω = M n . 9,55

Отношение полезной мощности к потребляемой - КПД двигателя:

η =

P2

=

P2

,

P

 

 

 

P + ∆ P

1

 

2

 

где потери мощности ∆Р = ∆Рмех + ∆Рм2 + ∆Рм1+ ∆Рст1 + ∆Рст2. Так как потери в стали ротора ∆Рст2 0, то:

- 88 -

5. Электрические машины. Асинхронный двигатель

∆Рм2 = Рэм Рмех = Мэмω0 Мэмω = М(ω0 ω) ω0 = Мэмω0s = s·Рэм и Рмех = Рэм(1-s).

ω0

Вывод: - чем больше скольжение, тем больше тепловые потери в роторе и меньше механическая мощность;

- КПД асинхронного двигателя тем выше, чем меньше скольжение.

5.3.8. Вращающий момент

Мощность, теряемая в роторе на нагревание ∆Рм2 = m2 I22 r2 . В то же время

∆Рм2 = Мэмω0s, а ω0

=

2πf1

. Пренебрегая незначительными механическими по-

 

 

 

p

терями ∆Рмех, можно считать, что электромагнитный момент равен вращающе- му моменту на валу двигателя Мэм = М. Следовательно, вращающий момент:

 

 

M =

p m

I 2r

 

 

 

 

2

2 2

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2πf1s

Фазный ток ротора I 2

=

E2

 

 

 

, где E2 = 4,44Фmf1·s w2 kоб2 - ЭДС вра-

+ (sX

 

)2

 

r 2

20

 

 

 

2

 

 

 

 

 

щающегося ротора. Амплитуду магнитного потока можно выразить через действующее значение фазного напряжения обмотки статора U1:

Фm =

E1

=

U1

,

4,44 f1w1kоб1

4,44 f1w1kоб1kE

 

 

 

где U1 = kE·E1, а коэффициент kE = 1,03…1,05.

Подставив эти выражения в уравнение вращающего момента, получим:

M = CM

 

U 2 sr

 

 

1

2

,

r 2

+ s2 X 2

2

 

20

 

где СМ коэффициент, постоянный при неизменной частоте тока статора f1.

5.3.9. Характеристики асинхронного двигателя

Зависимости скорости двигателя от нагрузки на валу n= f(M) и от тока ста-

тора n= f(I1) носят название механической (рис. 5.26,а) и электромеханической

(рис. 5.26,б) характеристики соответственно.

Воспользовавшись соотношением n = (1 - sn0 и уравнениями тока статора, тока ротора и вращающего момента, получим графики характеристик для дви- гательного режима работы (рис. 5.26). Откладываем скорость вращения по оси ординат, а момент и ток по оси абсцисс. Можно проградуировать ось орди-

нат в величинах скольжения, так как s = n0 n . n0

Для запуска двигателя необходимо, чтобы момент сопротивления на валу Мс был меньше начального пускового момента Мпуск (Мс < Мпуск).

Значения nном, sном, Мном соответствуют номинальной нагрузке.

Максимум вращающего момента Мmax разделяет кривую механической ха- рактеристики на устойчивую часть, расположенную между точками s= 0 (n= n0)

- 89 -

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]