7.1 Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Под рабочими ха­рактеристиками асинхронного двигателя мы понимаем:

Кроме того, к важным показателям относится коэффициент перегрузочной способности , а для короткозамкнутых двигате­лей—также кратности пускового тока и пускового момента.

А. Скорость вращения двигателя

(7.16)

Таким образом, скольжение асинхронного двигателя численно равно отношению потерь в обмотке ротора к развиваемой дви­гателем электромагнитной мощности.

При холостом ходе потери ,малы по сравнению с мощностью; поэтому здесь и . По мере увеличе­ния нагрузки отношение (7.16) растет, но из соображений высо­кого к. п. д. двигателя оно ограничено весьма узкими пределами. Обычно при номинальной нагрузке=1,5—5%. Меньшая цифра относится к двигателям большей мощности, большая - к двигателям малой мощности, порядка 3—10кВт. Зависимостьпредставляет собой кривую, весьма слабо наклоненную к оси абсцисс (рис. 7.3). Мы видим, что асинхрон­ный двигатель имеет скоростную характеристику типа характе­ристики двигателя постоянного тока параллельного возбуждения.

Рисунок 7.3 - Рабочие характеристики короткозамкнутого асинхронного двигателя мощностью 50 кВт, 220/380 В, 1470об/мин,построенные в относитель­ных единицах

Б. Зависимость . При установившемся режиме ра­боты ,где - полезный тормозной момент двига­теля, а -момент холостого хода. Так как при изменении на­грузки в пределах от холостого хода до номинальной скорость вращения асинхронных двигателей остается почти постоянной, то зависимость асинхронного двигателя почти прямоли­нейна (рис 7.3).

В. Потери и к. п. д. двигателя.В асинхронных двигателях имеют место все те же виды потерь, что и в других электрических машинах,— механические потери, потери в стали, потери в меди и добавочные потери.

Особую группу потерь состав­ляют добавочные потери. Они состоят из а) добавочных потерь в меди и б) добавочных потерь в стали. При синусоидальном напряжении на зажимах двигателя добавочные потери в меди возникают частью под влиянием высших гармонических н. с., частью вследствие эффекта вытеснения тока.

Добавочные потери в меди от высших гармонических н. с. имеют место главным образом в обмотках ротора с беличьей клеткой. При вращении ротора в магнитных полях, создаваемых высшими гармоническими н. с. статора, в обмотке ротора возни­кают токи, имеющие частоту, отличную от частоты скольжения и зависящую от скорости вращения ротора. Для уменьшения этих потерь производят: а) укорочение шага обмотки статора, веду­щее к уменьшению высших гармонических н. с., б) скос пазов ротора относительно пазов статора, играю­щий ту же роль, что и укорочение шага, и в) соответствующий подбор числа пазов на статоре и роторе и . Анализ пока­зывает, что если добавочные потери в ро­торе не должны превышать 10% от основ­ных потерь, вызванных первой гармониче­ской тока, то при нескошенных пазах

Рис. 7.4. Кривая индукции в воздушном зазоре

Явление вытеснения тока наблюдается как в обмотках статора, так и в обмотках ротора, особенно с беличьей клеткой. Здесь оно может быть использовано для улучше­ния пусковых характеристик двигателей с короткозамкнутым ротором. Но при нормальной работе частота тока в роторе обычно не превышает 3 Гц. В этих условиях выте­снение тока практически незаметно.

Поскольку добавочные потери от высших гармонических н. с. создаются токами, имеющими частоту, отличную от частоты пер­вой гармонической тока, они покрываются развиваемой двигате­лем механической мощностью.

Можно считать с достаточной точностью, что добавочные потери в меди изменяются пропорционально квадрату тока.

Добавочные потери в стали асинхронных машин состоят, так же как и в синхронных машинах, из а) пульсационных потерь и б) поверхностных потерь.

Пульсационные потери вызываются продольными пульсациями магнитного потока вследствие изменения магнитной проводимости, обусловленного непрерывным изменением взаимного положения зубцов статора и ротора при вращении последнего. Частота пуль­саций в статоре ,а частота пульсаций в роторе , гдеи- числа пазов статора и ротора ип - скорость враще­ния ротора.

Поверхностные потери обусловливаются главным образом тем, что под влиянием пазов распределение индукции в зазоре оказы­вается неравномерным (рис. 7.4). Частота поверхностных пуль­саций та же, что и пульсаций в зубцах. Анализ показывает, что поверхностные потери зависят от частоты в степени 1,5 и квад­рата среднего значения индукции в зазоре.

Так как добавочные потери в стали имеют частоту, отличную от основной, то они покрываются за счет механической мощности, развиваемой двигателем.

Можно считать с достаточной точностью, что добавочные по­тери в стали изменяются пропорционально квадрату подводимого к двигателю напряжения.

Степень точности, с которой рассчитываются добавочные по­тери, относительно невысока. Поэтому обычно они учитываются приближенно, определенным количеством процентов от полезной мощности при работе машины генератором или от подводимой мощности при работе машины двигателем. Согласно ГОСТ 183-66 добавочные потери в асинхронных машинах при номиналь­ной нагрузке составляют 0,5% от подводимой мощности. Нужно, однако, помнить, что это - средняя цифра, установленная опыт­ным путем, от которой в ряде случаев наблюдаются заметные отклонения.

Полные потери в двигателе:

(7.17)

При нагрузках в пределах от холостого хода до номинальной под следует понимать только потери в стали статора, так как при обычных частотах в роторе (1—3Гц)потери в его стали исчезающе малы.

При увеличении нагрузки сумма потерь несколько уменьшается вследствие уменьшения основного потока, а также уменьшения скорости вращения. Обычно это уменьшение не пре­вышает 4—8%, поэтому и данные потери относят к постоянным потерям двигателя.

В противоположность потерям в стали потери в меди изме­няются пропорционально квадрату тока.

Добавочные потери, как мы видели, зависят частью от тока, частью от напряжения. Для простоты считают, что они изменя­ются пропорционально подводимой мощности.

Максимум к. п. д. достигается при равенстве постоянных и переменных потерь; та­ким образом, соответственно перераспределяя потери, мы можем получить двигатели с различной формой кривых к.п.д. На рис. 7.3 показана типичная кривая к. п. д. асинхронного двигателя, достигающая максимума примерно при 75% номинальной на­грузки.

Для иллюстрации в табл. 7.3 приведены значения к. п. д. и коэффициента мощности для двигателей разной мощности с контактными кольцами и короткозамкнутым ротором при n=1000 об/мин и 2р=6.

Таблица 7.3 - значения к. п. д. и коэффициента мощности различных двигателей

Двигатели с кольцами				Двигатели с короткозамкнутым ротором
В	кВт	%		В	кВт	%
220/380	8	83	0,8	220/380	9,1	86	0,825
220/380	13,5	85	0,81	220/380	15,2	87,1	0,835
220/380	29	87	0,845	220/380	32	89	0,855
220/380	44	88,2	0,87	220/380	48	90,3	0,87
220/380	67	89,5	0,88	220/380	72	90,7	0,88
220/380	100	91,5	0,88	220/380	100	91,5	0,88
6000	260	91	0,86	6000	260	91	0,85
6000	430	92,5	0,88	6000	430	92,5	0,87
6000	875	93,5	0,89	6000	875	93,5	0,88

В этой таблице следует обратить внимание на то, что к. п. д. двигателей малой мощности с короткозамкнутым ротором заметно выше, чем к. п. д. двигателей с кольцами. Некоторое, правда, мало существенное понижение к. п. д. влечет за собой повышение на­пряжения.

Г. Коэффициент мощности . Асинхронный двига­тель, так же как и трансформатор, потребляет из сети отстаю­щий ток, почти не зависящий от нагрузки. Поэтому еговсегда меньше единицы. При холостом ходе обычно не пре­вышает 0,2, но затем при нагрузке он довольно быстро растет (рис. 7.3) достигает максимума при мощности, близкой к но­минальной. Для иллюстрации в табл. 7.3 приводятся значения для двигателей различных типов. Двигатели с короткозамкнутым ро­тором большой мощности выполняются как двигатели с глубоким пазом или двухклеточные, и их несколько ниже, чем у дви­гателей с кольцами равной мощности.

Д. Перегрузочная способность двигателя.Перегрузочной спо­собностью асинхронного двигателя или, иначе, его опрокидываю­щим моментом называется отношение максимального момента двигателя к его номинальному моменту, т. е.

Обычно в двигателях малой и средней мощности ==1,6—1,8. В двигателях средней и большой мощности=1,8—2,5, в дви­гателях специального исполнениядостигает 2,8—3,0 и более.