Механические характеристики. Энергетические режимы

Для качественной оценки механической характеристики еще более упростим модель — вынесем контур намагничивания на выводы двигателя (рис. 4.4, а), как это часто делается в курсе электрических машин.

Поскольку

где — активная составляющая тока ротора; — угол между

представление о механической характеристике можно получить,

проследив зависимость каждого из трех сомножителей от скольжения s.

Магнитный поток Ф в первом приближении в соответствии с (4.4) не зависит от s (рис. 4.4, б). Ток

равен нулю при s = 0 и асимптотически стремится к

при имея максимум при отрицательном скольжении, когда

(рис. 4.4, б). Последний сомножитель определяется параметрами роторной цепи:

близок к при малых s и асимптотически стремится к нулю при Момент, как произведение трех сомножителей, равен нулю при ( — идеальный холостой ход), достигает положительного

и отрицательного максимумов — критических значений при некоторых критических значениях скольжения , а затем при стремится к нулю за счет третьего сомножителя.

Уравнение механической характеристики получим, приравняв потери в роторной цепи, выраженные через механические и электрические величины. Мощность, потребляемая из сети, если пренебречь потерями в ,

примерно равна электромагнитной мощности:

а мощность на валу определяется как

Потери в роторной цепи составят

или при выражении их через электрические величины

откуда

Подставив в последнее выражение из(4.8а) и найдя экстремум функции М =f(s) и соответствующие ему и , будем иметь

где

На практике иногда полагают, что Это обычно не приводит к

существенным погрешностям при однако может неоправданно ухудшить модель при малых мощностях. При выражения

имеют вид:

где — индуктивное сопротивление рассеяния машины.

В уравнении (4.10) при можно пренебречь первым членом в

знаменателе и получить механическую характеристику на рабочем участке в виде

Как следует из рис. 4.4, б и выражения (4.10), жесткость механической характеристики асинхронных двигателей переменна, на рабочем участке — положительна.

Асинхронный электропривод, как и электропривод постоянного тока, может работать в двигательном и трех тормозных режимах с таким

же, как в электроприводе постоянного тока, распределением потоков активной мощности (рис. 4.5).

Рекуперативное торможение (р.т) осуществляется при вращении двигателя активным моментом со скоростью Этот же режим будет иметь место, если при вращении ротора со скоростью уменьшить скорость вращения поля Роль активного момента здесь будет выполнять момент инерционных масс вращающегося ротора.

Для осуществления торможения противовключением (т. п-в) необходимо поменять местами две любые фазы статора (рис. 4.6, а). При этом меняется направление вращения поля, машина тормозится в режиме противовключения, а затем реверсируется.

Специфическим является режим динамического торможения (д.т), который представляет собой генераторный режим отключенного от сети переменного тока асинхронного двигателя, к статору которого подведен постоянный ток (рис. 4.6, б). Этот режим применяется в ряде случаев, когда после отключения двигателя от сети требуется его быстрая остановка без реверса.

Постоянный ток, подводимый к обмотке статора, образует неподвижное в пространстве поле. При вращении ротора в его обмотке наводится переменная ЭДС, под действием которой протекает переменный ток. Этот ток создает также неподвижное поле.

Складываясь, поля статора и ротора образуют результирующее поле, в результате взаимодействия с которым тока ротора возникает тормозной момент. Энергия, поступающая с вала двигателя, рассеивается при этом в сопротивлениях роторной цепи.

В режиме динамического торможения поле статора неподвижно, скольжение записывается как

и справедливы соотношения для механической характеристики, аналогичные (4.10)—(4.12):

где — критический момент двигателя и критическое скольже-

ние в режиме динамического торможения; при соединении

обмоток статора в звезду и при соединении обмоток статора

в треугольник;

Так как при ненасыщенной машине , критическое скольжение в

режиме динамического торможения существенно (в 4—7 раз) меньше

Приближенно можно строить характеристики динамического торможения по известному току холостого хода фазы и относительному эквивалентному току если воспользоваться кривыми на рис. 4.6, в.

Определив по кривым и найдем с их помощью величины и

Если величина не известна, можно воспользоваться приведенной выше оценкой

Номинальные данные

На шильдике или в паспорте асинхронного двигателя обычно указаны номинальные линейные напряжения при соединении обмоток в звезду и треугольник токи частота мощность на валу

частота вращения КПД

Для двигателей с короткозамкнутым ротором в каталоге приводятся кратности пускового тока пускового момента

критического момента иногда — типовые естественные характеристики.

Для двигателей с фазным ротором указываются ЭДС на разомкнутых кольцах заторможенного ротора при и номинальный ток ротора

Приводимых в каталоге данных недостаточно, чтобы определить по ним параметры схемы замещения и пользоваться ей при всех расчетах, однако по каталожным данным можно построить естественную электромеханическую и механическую характеристики, воспользовавшись несколькими опорными точками (рис. 4.7).

Точка 1 получится из ряда

1500, 1000, 750, 600 об/мин как ближайшая к

Точка 2 — номинальная.

Для определения точки 3 нужно рассчитать

определить и вычислить по (4.10), подставив

в это уравнение

Точка 4 рассчитывается непосредственно

по каталожным данным.

Современные двигатели с короткозамкнутым ротором проектируют так, чтобы иметь повышенный пусковой момент и в некоторых каталогах указывают так называемый «седловой» момент (рис. 4.7, а).

Некоторое представление о характеристиках современных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором можно получить из следующих данных:

(меньшие значения у двигателей большей мощности — сотни киловатт);

Как следует из этих данных, естественные свойства асинхронных двигателей весьма неблагоприятны: малый пусковой момент, большой пусковой ток и самое главное — ограниченные возможности управления координатами.