Лекция 12

Вращающий момент ротора.

В результате взаимодействия вращающегося магнитного поля с токами, индуктированными им в проводниках роторной обмотки, возникают силы, действующие на эти проводники в тангенциальном направлении. Электромагнитная мощность, передаваемая ротору вращающимся магнитным полем, равна:

Р_эм. = М_эм.  n_о /30 = М_эм. 2 f/р

где М_эм. - электромагнитный момент, действующий на ротор. С другой стороны:

Р_эм. = m₂ r₂ I₂² /s.

Из этих выражений найдем электромагнитный момент:

М_эм. = (р m₂ /2  f)(r₂ I₂² /s)

С учетом выражений для ЭДС, тока и угла сдвига фаз между током и напряжением ротора, вводим постоянную с = 2,22 р m₂ k₂ w₂/π и пренебрегая моментом трения, получаем выражение момента на валу:

М ≈ М_эм. = с Ф I₂ cos ψ₂ (н м), если Ф (вб), I (А).

Вращающий момент зависит от изменяющихся при нагрузке Ф, I₂ , cos ψ₂, но его можно представить в виде функции одной переменной. Такой переменной для асинхронного двигателя удобно выбрать скольжение s. Тогда выражение для вращающего момента будет выглядеть:

М ≈ с_м U₁² {s r₂ /[r₂² + (sx₂ )²]}.

В этой формуле единственная переменная - скольжение s. Момент на валу меньше момента на двигателе из-за потерь, но они не велики и их можно не учитывать. Найдём критическое скольжение, для чего возьмём производную от момента по скольжению и приравняем её нулю:

S_кр ≈ ± r₂ /x₂ .

При s_кр момент наибольший, т.е. М_max. ≈ с_м U₁² (1/2x₂ ). Максимальный момент М_max пропорционален квадрату напряжения сети, т.е. асинхронные двигатели чувствительны к понижению напряжения.

Механическая характеристика асинхронного двигателя.

Механическая характеристика - это зависимость скорости вращения от вращающего момента. Она получается из кривой М = f(s) или из формулы для вращающего момента, если учесть, что при: s = 1 n = 0 и при s = 0 n = n_o . Эта характеристика является основной для любого электродвигателя и определяет его эксплуатационные возможности.

Рис. 38. Механическая характеристика асинхронного двигателя

Номинальный режим - это когда двигатель не перегревается.

s = 0,02 - 0,06; n = n_o (1 - s ) = (0,94 - 0,98) n_o .

Отношение k_m = M_max/M_ном = 1,8 - 2,5 - перегрузочная способность.

Отношение k_п = М_п/М_ном = 1,1 - 1,8 - кратность пускового момента.

Свойства автоматического установления равновесия между статическим моментом сопротивления и преодолевающим его моментом двигателя над саморегулированием. Саморегулирование и устойчивая работа двигателя обеспечивается для всей верхней ветви механической характеристики: т.е. от М = 0 до М = М_max. Механическая характеристика с малым изменением скорости при изменении нагрузки называется жёсткой. Точка К механической характеристики соответствует положению неустойчивого равновесия, т.к. при любом малом снижении скорости, М не растёт, а падает и двигатель останавливается. Вся нижняя часть характеристики является областью неустойчивой работы. М_max называется опрокидывающим моментом.

Пуск в ход асинхронных двигателей.

Пуск в ход асинхронных двигателей существенно отличается от условий нормальной работы. Момент двигателя при пуске должен превышать момент сопротивления нагрузки, роль играет пусковой момент. Второй важной пусковой характеристикой является пусковой ток. Кратность пускового тока для двигателей с короткозамкнутым ротором достигает 5-7, что может быть недопустимо для двигателя или для сети и может иметь значение плавность пуска.

Пуск в ход двигателя с фазным ротором осуществляется через 3х фазный реостат, каждая фаза которого включена через щётки и кольца в одну из фаз ротора. В начале пуска реостат введён полностью, к концу пуска он выводится и все три фазы ротора замыкаются накоротко. Число ступеней реостата берётся больше двух и процесс переключений при пуске обычно автоматизируется. Введение активных сопротивлений в цепь фазного ротора увеличивает момент и делает пуск плавным и ограничивает пусковой ток. Этот способ пуска имеет ряд достоинств, но применим только для двигателей с фазным ротором.

В короткозамкнутый ротор ввести сопротивления невозможно, поэтому пусковая характеристика неизменна в течении всего времени пуска. Наиболее распространён пуск непосредственным включением двигателя в сеть без каких-либо

Рис. 39. Включение реостата в цепь фазного ротора.

устройств, понижающих пусковой ток. Применяется в случаях, когда не требуется плавность пуска и мощность двигателя невелика в сравнении с мощностью сети. В случаях, когда мощность двигателя соизмерима с мощностью питающей сети, применяются различные схемы понижения напряжения, подводимого к двигателю при пуске, за счёт чего уменьшается пусковой ток. Понижение напряжения при пуске вызывает нежелательное уменьшение пускового момента.