Ћекции.ќрг


ѕоиск:




 атегории:

јстрономи€
Ѕиологи€
√еографи€
ƒругие €зыки
»нтернет
»нформатика
»стори€
 ультура
Ћитература
Ћогика
ћатематика
ћедицина
ћеханика
ќхрана труда
ѕедагогика
ѕолитика
ѕраво
ѕсихологи€
–елиги€
–иторика
—оциологи€
—порт
—троительство
“ехнологи€
“ранспорт
‘изика
‘илософи€
‘инансы
’ими€
Ёкологи€
Ёкономика
Ёлектроника

 

 

 

 


—коростные и механические характеристики асинхронного двигател€




 

 
 

Cхема включени€ асинхронной машины приведена на рис.2.12.

 

–ис.2.12. —хема включени€ асинхронной машины

 

 

ƒл€ определени€ уравнений, описывающих скоростные и механические характеристики асинхронного двигател€, используетс€ упрощенна€ схема его замещени€ (рис.2.13). ѕри этом прин€ты следующие допущени€:

- не учитываетс€ насыщение магнитной цепи электрической машины;

- параметры ротора и статора не завис€т от режима работы двигател€;

- не учитываютс€ добавочные потери и вли€ние высших гармонических составл€ющих намагничивающих сил;

-

 
 

по причинам, указанным в подразделе 2.2 считаем, что электромагнитна€ мощность асинхронного двигател€ примерно равна мощности на его валу.

 

–ис.2.13. —хема замещени€ асинхронного электродвигател€

»з схемы замещени€ следует, что приведенный ток ротора равен:

 

. (2.39)

 

 

»звестно, что электромагнитна€ мощность, передаваема€ на ротор, равна:

 

–э = ћ w 0 = 3 I¢222 / S, (2.40)

 

где 2 - приведенный ток ротора;
Im - ток намагничивани€;

’m - индуктивное сопротивление контура намагничивани€;

Ц фазное напр€жение статора;

R1, X1 - активное и индуктивное сопротивлени€ обмотки статора соответственно;

2 , X¢ 2 - приведенные активное и индуктивное сопротивлени€ обмотки ротора соответственно;

S = (w 0 - w) / w 0 - скольжение.

ѕодставим в (2.40) вместо приведенного тока ротора его значение из (2.39) и определим электромагнитный момент ћ двигател€:

 

3 Uф22

ћ = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾. (2.41)

 

w 0 S [ (R1 + R¢2/S)2 + (X1 +X¢2)2 ]

 

«ависимости (2.39) и (2.41) €вл€ютс€ уравнени€ми скоростной и механической характеристик соответственно. »з анализа (2.41) следует, что при S = 0 и S Ѓ ± ¥ момент двигател€ равен нулю, то есть описываема€ данным уравнением крива€ имеет точки экстремумов. ƒл€ определени€ этих точек решаетс€ уравнение

 

dM / dS =0

 

и определ€етс€ значение критического скольжени€:

 

2

Sк = ± ¾¾¾¾¾¾¾, (2.42)

````````

Ö R1 2 + X 2к

 

где Xк = X1 +X¢2 - индуктивное сопротивление короткого замыкани€.

ѕодставив (2.42) в (2.41) получаем уравнение дл€ определени€ значени€ критического момента:

 

3 U1ф 2

ћк = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾. (2.43)

``````````

2 w 0 (R1 ±Ö R1 2 + X 2к)

 

«наки (±) в (2.42) и (2.43) означают, что максимум момента имеет место как в двигательном, так и в генераторном режимах: (+) Ц дл€ двигательного режима; (-) Ц дл€ генераторного. ѕричем из анализа (2.43) очевидно, что момент ћкг критический в генераторном режиме больше, чем момент ћкд критический в двигательном режиме.

— учетом (2.42) и (2.43) уравнение механической характеристики приобретает следующий вид:

 

 

2 ћк (1 + а Sк)

ћ = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾, (2.44)

S / Sк + Sк / S + 2 а Sк

 

где а = R1 / R¢2;

¬ тех случа€х, когда R1 << R¢2 (обычно это бывает у асинхронных машин большой мощности) произведением аSк можно пренебречь и тогда уравнение механической характеристики приобретает вид:

 

2 ћк

ћ = ¾¾¾¾¾¾¾, (2.45)

S / Sк + Sк / S

 

где Sк = ± R¢2 / ’к;

ћк = ± 3 Uф2 / 2 w 0 ’к.

≈сли производитс€ анализ работы машины при S < Sк и ћ < ћк, то в (2.45) можно пренебречь составл€ющей S / Sк. ѕри этом

 

ћ = (2 ћк / Sк) S. (2.46)

 

ћеханическа€ характеристика, построенна€ согласно (2.44), имеет вид, приведенный на рис.2.14.

ƒл€ асинхронной машины перегрузочна€ способность определ€етс€ отношением ее критического момента в двигательном режиме к номинальному: l = ћк / ћн, и регламентируетс€ услови€ми нагрева двигател€, подробное описание которых приводитс€ ниже. ƒл€ увеличени€ l примен€етс€ кремнийорганическа€ изол€ци€, более совершенна€ система вентил€ции и снижение посто€нных потерь, которые включают в себ€ механические потери, потери в стали статора и ротора и потери в меди стали за счет намагничивающего тока. »з приведенного перечн€ следует, что увеличение перегрузочной способности возможно путем изменени€ конструкции электрической машины. Ќапример, потери от намагничивающего тока можно уменьшить уменьша€ воздушный зазор между статором и ротором; снижение температуры электродвигател€ достигаетс€ путем применени€ принудительной вентил€ции и т.д.

 

 

 
 

–ис.2.14. ћеханическа€ характеристика асинхронной машины

 

¬ нефт€ной промышленности примен€ютс€ погружные короткозамкнутые электродвигатели, работающие при высоких температурах и давлени€х, когда дл€ обеспечени€ требуемой перегрузочной способности необходимо уплотнение между подшипником и выходным валом, которое чаще всего невозможно обеспечить. ѕоэтому дл€ избежани€ т€желых аварий и снижени€ качества перекачиваемой жидкости стали примен€тьс€ асинхронные двигатели, где статор и ротор отделены друг от друга антимагнитной гильзой, изготовленной, например, из аустенитной стали. ¬ал двигател€ соедин€етс€ с рабочим колесом насоса без герметических уплотнений. Ѕлагодар€ такой конструкции стало возможным изготовление погружных электродвигателей на дес€тки киловатт с  ѕƒ до 96 %.

»з анализа механической характеристики асинхронной машины и описывающего ее уравнени€ можно сделать следующие выводы:

- критические момент и скольжение асинхронной машины уменьшаютс€ при увеличении ее индуктивного сопротивлени€ и активного сопротивлени€ статора;

- критическое скольжение не зависит от напр€жени€ питани€ двигател€, а критический момент пропорционален его квадрату;

- жесткость механической характеристики €вл€етс€ переменной величиной и при скольжени€х, равных критическим, происходит изменение ее знака;

- при скольжени€х, меньше критических, жесткость характеристики отрицательна, а при скольжени€х, больше критических Ц положительна, то есть во втором случае работа асинхронной машины в статических режимах €вл€етс€ неустойчивой;

- в зоне малых скольжений при S < (0,35 Ц 0,4) Sк механическа€ характеристика может считатьс€ линейной, а ее жесткость Ц посто€нной.

—коростна€ характеристика асинхронной машины описываетс€ уравнением (2.39), однако, в св€зи с тем, что у данной машины имеетс€ и ток статора, необходимо исследование двух видов скоростных характеристик:

 

I1 = f (S); I¢2 = f (S).

 

»з анализа (2.39) следует, что при ½S½Ѓ ¥ ток ротора стремитс€ к значению некоторого предельного тока I2¢пр, который определ€етс€ как

 

_________

I2¢пр = Uф / Ö R12 + ’ 2к . (2.47)

 

ѕри отрицательных скольжени€х ток ротора возрастает и имеет экстремум, который характеризуетс€ максимальными значени€ми тока I2¢м и скольжени€ Sтм. “ок I2¢м определ€етс€ из услови€ dI2¢/ dS = 0 и описываетс€ уравнением

 

I2¢м = Uф / ’к. (2.48)

 

ѕри этом Sтм = - R¢2 / R1 = - 1 / а. (2.49)

ѕри скольжени€х, больших Sтм, ток ротора стремитс€ к I2¢ пр. “ак как дл€ двигателей небольшой мощности аї 1, то S тмї - 1.

” двигателей большой мощности а Ѓ 0, то есть Sтм Ѓ - ¥, следовательно, режим, когда ток равен максимальному, практически недостижим. »з этого следует, что при равных значени€х скольжени€ ток в генераторном режиме всегда больше тока в двигательном режиме.

ќднако дл€ построени€ скоростной характеристики не всегда удобно использовать (2.39) из-за отсутстви€ обмоточных данных машины. ѕоэтому из (2.40) и (2.44) получаем

 

__________________________

2ћк (1 + аSк)S w 0

I2¢ = Ö ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾. (2.50)

3 (S / Sк + Sк / S + 2аSк) R¢2

 

ѕри номинальном значении тока I2¢н ротора

____________

ћ Sн w 0

I2¢н = Ö ¾¾¾¾¾¾¾, (2.51)

3R¢2

 

где Ц номинальное скольжение.

ѕосле совместного решени€ (2.50) и (2.51) относительно тока ротора получаем:

__________________________

2l (1 + аSк)

I2¢ = I2¢н Ö ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾, (2.52)

Sн (1 / Sк + Sк / S2 + 2аSк)

где ћн Ц номинальный момент асинхронной машины.

»з упрощенной круговой диаграммы [1] асинхронной машины получаем:

___________________________

__________

I1 = Ö Im2 + I¢22 (1+ 2 a Ö 1 Ц а22), (2.53)

 

где a = Im / I2¢пр Ц коэффициент кратности тока намагничивани€.

Ќа рис.2.15 приведены скоростные характеристики асинхронной машины, рассчитанные по изложенным выше методикам.

»з рис.2.14 и рис.2.15 видно, что даже при небольших моментах короткого замыкани€ токи короткого замыкани€ могут иметь значительные величины. ѕоэтому возникает необходимость их ограничени€. ƒл€ этого примен€ютс€ специальные методы, которые будут описаны ниже при рассмотрении динамических режимов электроприводов.

— точки зрени€ распределени€ энергии асинхронна€ машина может работать в тех же режимах, что и машина независимого возбуждени€, и имеет такие балансы мощностей.

–ежим рекуперации осуществл€етс€ при w > w 0, то есть при S < 0 (области ј рис.2.16). »з векторной диаграммы [1] следует, что рекупераци€ энергии в сеть возможна до

 

S = Sгр = - 1/а,

 

“о есть рекупераци€ осуществл€етс€ до тока, равного максимальному в генераторном режиме. ќднако дл€ реальных машим это ограничение значени€ не имеет, так как обычно скольжени€ не достигают таких величин. ѕри скорости w > w гр энерги€, поступающа€ с вала электродвигател€, не отдаетс€ в сеть, а рассеиваетс€ в виде потерь в электрических цеп€х машины.

 ритический момент в генераторном режиме больше, чем в двигательном в результате того, что при равных модул€х скольжени€ ток в генераторном режиме всегда больше, чем в двигательном и эта разница увеличиваетс€ при увеличении активного сопротивлени€ статора. »з (2.43) можно получить соотношение критических моментов в двигательном и генераторном режимах:

 

 
 

ћкг /мкд = (аSк + 1) / (аSк - 1)

 

 

–ис.2.15. —коростные характеристики асинхронной машины

–ежим противовключени€ возможен при изменении направлени€ вращени€ ротора или пол€ статора. ѕервое возможно при наличии активного статического момента, превышающего момент короткого замыкани€ (область Ѕ рис.2.16); второе Ц за счет изменени€ последовательности чередовани€ фаз (область ¬ рис.2.16).

 

 

 

–ис.2.16. ћеханические характеристики при различных режимах

работы асинхронной машины

–ежим динамического торможени€ асинхронной машины осуществл€етс€ путем отключени€ ее от сети переменного напр€жени€ и подачи в две фазы статора посто€нного тока. ¬ процессе торможени€ энерги€ поступает с вала двигател€ и расходуетс€ в виде электрических потерь.

»з уравнени€ баланса мощностей определ€етс€ уравнение механической характеристики при динамическом торможении [1]:

 

3 I2экв R¢2 ’m2 S

ћ = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾, (2.54)

w 0 [ R¢22 + (’m + ’¢2)2 S2]

 

где Iэкв = 0,472 Iп;

Iп Ц посто€нный ток в обмотке статора.

јнализ (2.54) показывает, что описываема€ этим уравнением крива€ имеет экстремум. ƒл€ определени€ момента ћкт и скольжени€ Sкт в точке экстремума решаем уравнение dћ / dS = 0 и после преобразований получаем:

 

Sкт = R¢2 / ((’m + ’¢2); (2.55)

 

3 I2экв ’m2 S

ћ = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾. (2.56)

2 w 0 (’m + ’¢2)

 

ѕостроенные согласно (2.54) механические характеристики динамического торможени€ приведены на рис.2.17.

»з (2.55), (2.56) и рис.2.17 следует, что величина критического скольжени€ при динамическом торможении не зависит от величины посто€нного тока в обмотке статора и измен€етс€ при изменении активного сопротивлени€ роторной цепи.  ритический момент, при прочих равных услови€х, пропорционален квадрату посто€нного тока, подаваемого в цепь статора.  роме электрического в электроприводах обычно используетс€ и механическое торможение. Ќапример, в электроприводе буровых лебедок дл€ осуществлени€ надежного торможени€ используютс€ асинхронные электродвигатели, объединенные с тормозным устройством. ƒл€ этого используетс€ асинхронный двигатель с коническим ротором и встроенным тормозом. «десь вал двигател€ заканчиваетс€ вентил€тором с тормозной шайбой, а на боковом щитке крепитс€ тормозной диск. ѕри включении двигател€ в сеть ротор вт€гиваетс€ в расточку статора, и тормозна€ шайба отходит от диска, прекраща€ тормозное действие. ѕосле выполнени€ рабочих операций двигатель отключаетс€ от сети, под воздействием пружины ротор соприкасаетс€ с тормозной шайбой и рабочий механизм затормаживаетс€. ѕри такой конструкции вентил€тор обдувает двигатель и тормозное устройство.

 





ѕоделитьс€ с друзь€ми:


ƒата добавлени€: 2015-01-29; ћы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 1517 | Ќарушение авторских прав


ѕоиск на сайте:

Ћучшие изречени€:

Ќеосмысленна€ жизнь не стоит того, чтобы жить. © —ократ
==> читать все изречени€...

431 - | 394 -


© 2015-2023 lektsii.org -  онтакты - ѕоследнее добавление

√ен: 0.051 с.