Трехфазный асинхронный двигатель

                                                                               

Характерной величиной является относительная  скорость вращающегося магнитного поля, называемая скольжением :

             или ,                 

         где  - угловая частота ротора, рад/с;

        - число оборотов в минуту, об/мин.

Чем ближе  угловая скорость ротора к скорости вращающегося магнитного поля , тем меньше ЭДС, индуктируемые полем в роторе, а, следовательно, и токи в роторе. Убывание токов уменьшает вращающий момент , воздействующий на ротор, поэтому ротор двигателя должен вращаться медленнее  вращающегося магнитного поля - асинхронно. 

     При увеличении механической нагрузки асинхронного двигателя тормозящий момент на валу становится больше вращающегося и скольжение возрастает. Увеличение скольжения вызывает возрастание ЭДС и токов в обмотке ротора, благодаря чему увеличивается вращающий момент и восстанавливается динамическое равновесие вращающего и тормозящего моментов;

           .                                                              

          Таким образом,  увеличение нагрузки асинхронного двигателя вызывает увеличение его скольжения.  У современных асинхронных двигателей скольжение даже при полной нагрузке невелико - около 0,04 (четыре процента) у малых и около 0,015-0,02 (полтора-два процента) у крупных двигателей.

          Характерная кривая зависимости  от скольжения показана на рисунке 3,а. Максимум вращающегося момента разделяет кривую  на устойчивую часть от до и неустойчивую часть от до , в пределах которой вращающий момент уменьшается с ростом скольжения. На участке от до при уменьшении тормозящего момента на валу асинхронного двигателя увеличивается скорость вращения, скольжение уменьшается, так что на этом участке работа асинхронного двигателя устойчива.

          На участке от  до с уменьшением скорость вращения увеличивается, скольжение уменьшается и вращающий момент увеличивается, что приводит к еще большему возрастанию скорости вращения, так что работа двигателя неустойчива.

  Таким образом, пока тормозящий  момент 

динамическое  равновесие моментов автоматически  восстанавливается. Когда же , при дальнейшем увеличении нагрузки возрастание скольжения приводит к уменьшению вращающегося момента . Двигатель останавливается, вследствие преобладания тормозящего момента над  вращающим моментом.

     Для практики большое значение имеет  зависимость частоты вращения  двигателя от нагрузки на валу . Эта зависимость носит название механической характеристики (рисунок 3,б).

     Как показывает кривая рисунка 3,б, частота вращения асинхронного двигателя лишь незначительно снижается при увеличении вращающего момента в пределах от нуля до максимального значения . Такую зависимость называют жесткой. При перегрузке свыше максимального момента двигатель входит в область неустойчивого режима и останавливается.  Пусковые свойства двигателя определяются соотношением начального пускового момента и номинального момента В соответствии с данными каталога, это отношение составляет 1,6-1,7.

 
 
 
 
 
 

Рисунок 3.. а) Зависимость вращающего момента на валу асинхронного двигателя от скольжения ; б) механическая характеристика

При пуске  асинхронного двигателя коэффициент  мощности очень мал и пусковой ток может возрастать в 5-7 раз по сравнению с номинальным. Ограничения его осуществляются изменением частоты питающего напряжения для двигателя с короткозамкнутым ротором и увеличением активного сопротивления в цепи ротора для двигателя с фазовым ротором.

         Частота вращения двигателя  зависит не только от нагрузки, но и от напряжения в сети. С уменьшением напряжения уменьшается магнитный поток , что приводит к уменьшению вращающего момента двигателя:

         

          где  - магнитный поток, пронизывающий обмотки ротора;

                 - ток в обмотках ротора;

                  - угол между направлением тока и магнитного потока .

Но одновременно уменьшается и ток ротора  . То есть зависимость от напряжения через две величины и , поэтому утверждают, что вращающий момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату напряжения . Этой зависимостью можно объяснить явление, что при снижении напряжения в сети двигатель не запускается под нагрузкой. Зависимость механического момента от напряжения  позволяет осуществлять регулировку частоты вращения двигателя  путем изменения напряжения на его зажимах:

         

          где  - мощность на валу;

          - угловая частота вращения.

Для регулировки  частоты вращения двигателей с короткозамкнутым ротором  в настоящее время широко применяются частотные преобразователи с микропроцессорным управлением. Кратность пускового момента

Кратность пускового тока

Перегрузочная способность двигателя

 Перегрузочная способность выражает свойства двигателя выдерживать кратковременные перегрузки по моменту нагрузки. Для большинства асинхронных двигателей равна 1,7-2,2. Специальные, например крановые, двигатели имеют перегрузочную способность до 3.

В асинхронных двигателях имеют место потери:

• механические ;
• электрические ;
• магнитные .

Коэффициент полезного  действия двигателя             

  где   - подводимая из сети мощность.

  Достоинства двигателя:

 регулировка  частоты вращения двигателя путем  изменения напряжения на его  зажимах.

 Недостатки двигателя:

• чувствительность к колебаниям напряжения;
• малый пусковой момент (1.2-1.6) _.
• большой пусковой ток;
• регулирование скорости вращения ротора затруднено.

Области применения асинхронного двигателя.

     Благодаря простоте устройства, высокой надежности в эксплуатации  и меньшей стоимости по сравнению  с другими двигателями асинхронные  двигатели трехфазного тока нашли  широкое применение в промышленности  и сельском хозяйстве в качестве  электропривода различных механизмов. С их помощью приводят в  движение металлорежущие и деревообрабатывающие  станки, подъемные краны, лебедки,  лифты, эскалаторы, насосы вентиляторы  и д.р 
 
 

Расчетная часть

Вариант № 7

  Тип двигателя - А2-62-4

Задача. Номинальная мощность трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором Р_н = 17 кВт, номинальное напряжение U_н = 380В, номинальное число оборотов ротора n_н = 1450 об/мин, номинальный к.п.д. h_н = 0,895 и номинальный коэффициент мощности Cos j_н = 0,88. Кратность пускового тока I_п / I_н = 7,  перегрузочная способность двигателя l = 2.

Определить: 1) потребляемую мощность;   2) номинальный и  максимальный (критический) вращающие моменты;   3) пусковой ток;  4) номинальное и критическое скольжения;   5) построить механические характеристики М= f(s) и n = f(М).

РЕШЕНИЕ:

Потребляемая  мощность :

            Р = Р_н / h_н =17/ 0,895 = 19 кВт 

Номинальный и  максимальный моменты:

            М_н = 9550 (Р_н / n_н) = 9550 (17 / 1450) = 112 Н*м

            М_max = l *М_н = 2 _* 112 = 224 Н*м 

Номинальный и  пусковой ток:

            I_н = Р / ( U_н Cos j_н )= 19 _* 1000 / 1,73 _* 380 _* 0,88 = 32,8 А

     I_п = 7_* I_н = 7 _* 32,8 = 230 А

Номинальное и  критическое скольжение:

            =60*f / p = 60*50/2 = 1500 об/мин

     S_н = (n₀-n_н)/ n₀ = (1500 – 1450) / 1500 = 0.033;

     S_к = S_н (l + ) = 0,033 (2 + ) = 0,123.

Механические  характеристики М = F(s) и n = f(М) строятся по уравнению :

     М = 2 М_max / (S_к / S + S / S_к)

            М = 448 / (0,123 / S + S /  0,123)                  

Задаваясь скольжением  s от 0 до 1, подсчитываем вращающий момент. Скорость вращения ротора определяем из уравнения:

                                           n = n₀ (1 - S)

Расчётные данные приведены в таблице 1. Характеристики,  построенные по данным таблицы 1, изображены на рис. 1 а, б. 

Таблица 1. 

№	S	n, об/мин	М, Н*м
	0,001	1498,5	3,64
1	0,053	1420,5	162
2	0,07	1395	192,5
4	0,1	1350	219,2
5	0,12	1320	223,9
6	0,175	1237,5	210,7
7	0,2	1200	199,9
8	0,3	1050	157,2
9	0,4	900	125,8
10	0,5	750	103,9
11	0,6	600	88,1
12	0,7	450	76,3
13	0,8	300	67,2
14	0,9	150	60,1
15	1	0	54,8

 
 

Рис 1 а)

б)