Что характеризует скольжение в асинхронном двигателе

Скольжение. Зависимость от скольжения параметров ротора

Скольжение асинхронного двигателя — относительная разность скоростей вращения ротора и изменения переменного магнитного потока, создаваемого обмотками статора двигателя переменного тока. Скольжение может измеряться в относительных единицах и в процентах.

где n — скорость вращения ротора асинхронного двигателя

Из этого выражения следует: n = (1 — s)n .

или

Частота тока ЭДС в обмотке ротора пропорциональны скольжению.

ЭДС потока рассеяния ротора .

Уравнение электрического состояния ротора обмотки

Индуктивное сопротивление рассеяния при вращающемся роторе

Действующее значение тока в фазе вращающегося ротора.

9. Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Зависимость К.П.Д., скорости, тока, вращающегося момента, cosφ, от мощности на валу, при и (называют рабочими характеристиками двигателя.

Ток статора I₁, возрастает с увеличением отдаваемой мощности, но при Р₂ = 0 имеется некоторый ток холостого хода I..В связи с тем что ток статора асинхронного двигателя I₁ имеет реактивную (индуктивную) составляющую, необходимую для создания магнитного поля в статоре, коэффициент мощности асинхронных двигателей меньше единицы. Наименьшее значение коэффициента мощности соответствует режиму холостого хода. Объясняется это тем, что ток холостого хода электродвигателя I0 при любой нагрузке остается практически неизменным. Поэтому при малых нагрузках двигателя ток статора невелик и в значительной части является реактивным (I1 ≈ I0). В результате сдвиг по фазе тока статора относительно напряжения получается значительным (φ1 ≈ φ0), лишь немногим меньше 90° (рис. 2).

При увеличении нагрузки выше номинальной значительно увеличиваются магнитные потоки рассеяния, реактивная составляющая тока и реактивная мощность, угол φ увеличивается, cosφ — уменьшается. Таким образом, cosφмаксимален при номинальной нагрузке и уменьшается при недогрузке и перегрузке.

Зависимость между моментом М и полезной мощностью Р₂ определяется соотношением

где ω₂ — угловая скорость ротора.

Поскольку n₂ изменяется мало, эта зависимость близка к линейной. Чтобы определить моментМ₂ на валу двигателя, по круговой диаграмме находят электромагнитный момент М, а затем из него вычитают момент, обусловленный трением в двигателе, — М_т = ΔР_т /ω₂ :

Мощность Р₂ ,отдаваемая машиной (Р_эл в генераторах и Р_мех в двигателях), пропорциональна току нагрузки I в первой степени, поэтому зависимость КПД от тока нагрузкиПри увеличении номинальной мощности относительная величина суммарных потерь уменьшается. Следовательно, должен возрастать и КПД машины. Эта закономерность проявляется во всех типах вращающихся электрических машин и в трансформаторах — машины большей.

10. Электромагнитный момент асинхронных машин

Для устойчивой работы двигателя необходимо, чтобы автоматически устанавливалось равновесие вращающего и тормозного момента на валу. С увеличением нагрузки навалу двигателя соответственно должен увеличиваться и вращающий момент. Это увеличение происходит так: при увеличении нагрузки на валу тормозной момент оказывается больше вращающего, уменьшается частота вращения ротора п, а скольжение увеличивается.

Увеличение скольжения ведет к увеличению вращающего момента, и наступает равновесие моментов при увеличении скольжения.

Зависимость момента от скольжения довольна сложна. В выражении все величины (I2; Ф;cosφ2) зависят от скольжения. Ток ротора I2 с увеличением скольжения возрастает, что видно из формулы . Причем, при сила тока ротора

возрастает быстро, а при — значительно медленней.

-магнитный поток Ф пропорционален э.д.с. статора , а при увеличении скольжения ток статора увеличивается, э.д.с. E₁, уменьшается, значит магнитный поток Ф уменьшается.

-коэффициент мощности цепи ротора при увеличении скольжения уменьшается.

Значит при возрастании скольжения магнитный поток и ток ротора увеличивается, а коэффициент мощности уменьшается . Выражение момента через параметры асинхронного двигателя:

Для определения условий максимального момента возьмем производную

Решив это уравнение определим критическое скольжение, при котором момент максимален .

Из полученного выражения видно, что s_KP зависит от сопротивления фазы обмотки ротора. Чем больше активное сопротивление ротора, тем ниже его скорость

Мmax — соответствует обычно небольшим значениям скольжения, так как индуктивное сопротивление обмоток намного больше чем их активные сопротивления, . При изменении скольжения от нуля до s_KP работа двигателя является устойчивой, так как с увеличением тормозного момента на валу, скорость вращения ротора на валу уменьшается, скольжение увеличивается, увеличивается и вращающийся момент. Восстанавливается динамическое равновесие между тормозным и вращающим моментом (участок 1 и 2).

Подарки и советы

Множество идей оригинальных и приятных подарков по любому событию и на все случаи жизни

Критическое скольжение. Принцип действия асинхронного двигателя. Скольжение

Вращающееся магнитное поле статора пересекает проводники обмотки ротора и наводит в них ЭДС. Так как роторная обмотка замкнута, то в проводниках ее возникают токи. Ток каждого проводника, взаимодействуя с полем статора, создает электромагнитную силу — F эм. Совокупность сил всех проводников обмотки создает электромагнитный момент М, который приводит ротор во вращение в направлении вращающего поля.

Принцип действия асинхронного электродвигателя

Частота вращения ротора n 2 будет всегда меньше синхронной частоты n 1 , то есть ротор всегда отстает от поля статора. Поясним это следующим образом. Пусть ротор вращается с частотой n 2 равной частоте статора n 1 . В этом случае поле не будет пересекать проводники роторной обмотки. Следовательно, в них не будет наводиться ЭДС и не будет токов, а это значит, что вращающий момент М = 0. Таким образом, ротор асинхронного электродвигателя принципиально не может вращаться синхронно c полем статора. Разность между частотами поля статора n 2 и ротора n 1 называется частотой скольжения Δ n.

Отношение частоты скольжения к частоте поля называется скольжением:

В общем случае скольжение в может изменяться от нуля до единицы. Однако номинальное скольжение S н обычно составляет от 0,01 до 0,1 %. Преобразуя формулу скольжения, получим выражение частоты вращения ротора:

Обмотка ротора асинхронного электродвигателя электрически не связана с обмоткой статора. В этом отношении подобен , в котором обмотка статора является первичной обмоткой, а обмотка ротора — вторичной. Разница состоит в том, что ЭДС в обмотках трансформатора наводится неизменяющимся во времени магнитным потоком, а — потоком постоянным по величине, но вращающимся в пространстве. Эффект в том и в другом случаях будет одинаковым. В отличие от вторичной обмотки трансформатора, неподвижной, обмотка ротора электродвигателя вместе с ним вращается.

ЭДС роторной обмотки, в свою очередь, зависит от частоты вращения ротора. В этом нетрудно убедиться, анализируя процессы, протекающие в асинхронном электродвигателе.

Синхронная частота вращения магнитного поля статора перемещается относительно ротора с частотой скольжения Δ n. Она же наводит в обмотке ротора ЭДС E 2 , частота которой f 2 связана со скольжением S:

Учитывая, что f 1 =рn 1 /60, f 2 =рn 1 S/60.

Приняв величину номинального скольжения порядка 0,01-0,1, можно подсчитать частоту изменения ЭДС в роторной обмотке, которая составляет 0,5-5 Гц (при f 1 =50 Гц).

В итоге взаимодействия магнитного поля с токами в роторе асинхронного мотора создается крутящий электрический момент, стремящийся уравнять скорость вращения магнитного поля статора и ротора.

Разность скоростей вращения магнитного поля статора и ротора асинхронного мотора характеризуется величиной скольжения s = (n1 — n2 ) / n2, где n1 — синхронная скорость вращения поля, об/мин, n2 — скорость вращения ротора асинхронного мотора, об/мин. При работе с номинальной нагрузкой скольжение обычно не достаточно, так для электродвигателя, к примеру, с n1 = 1500 об/мин, n2 = 1 460 об/мин, скольжение равно:s = ((1500 — 1460) / 1500) х 100 = 2,7%

Асинхронный движок не может достигнуть синхронной скорости вращения даже три отсоединенном механизме, потому что при ней проводники ротора не будут пересекаться магнитным полем, в их не будет наводиться ЭДС и не будет тока. Асинхронный момент при s = 0 будет равен нулю.

В исходный момент запуска в обмотках ротора протекает ток с частотой сети. По мере ускорения ротора частота тока в нем будет определяться скольжением асинхронного мотора : f2 = s х f1, где f1 — частота тока, подводимого к статору.

Сопротивление ротора находится в зависимости от частоты тока в нем, при этом чем больше частота, тем больше его индуктивное сопротивление. С повышением индуктивного сопротивления ротора возрастает сдвиг фаз меж напряжением и током в обмотках статора.

При пуске асинхронных движков коэффициент мощности потому существенно ниже, чем при обычной работе. Величина тока определяется эквивалентным значением сопротивления электродвигателя и приложенным напряжением.

Величина эквивалентного сопротивления асинхронного мотора с конфигурацией скольжения меняется по сложному закону. При уменьшении скольжения в границах 1 — 0,15 сопротивление возрастает, обычно, менее чем в 1,5 раза, в границах от 0,15 до sн ом в 5-7 раз по отношению к исходному значению при пуске.

Ток по величине меняется назад пропорционально изменению эквивалентного сопротивления Таким макаром, при пуске до скольжения порядка 0,15 ток опадает некординально, а в предстоящем стремительно миниатюризируется.

Момент вращения электродвигателя определяется величиной магнитного потока, током и угловым сдвигом меж ЭДС и током в роторе. Любая из этих величин в свою очередь находится в зависимости от скольжения, потому для исследования рабочих черт асинхронных движков устанавливается зависимость момента от скольжения и воздействия на него подводимого напряжения и частоты.

Момент вращения может быть также определен по электрической мощности на валу как отношение этой мощности к угловой скорости ротора. Величина момента пропорциональна квадрату напряжения и назад пропорциональная квадрату частоты.

Соответствующими значениями момента зависимо от скольжения (либо скорости) являются изначальное значение момента (когда электродвигатель еще неподвижен), наибольшее значение момента (и соответственное ему сколь жение, называемое критичным) и малое значение момента в пределе скоростей от недвижного состояния до номинальной .

З начения момента для номинального напряжения приводятся в каталогах для электронных машин. Познание малого момента нужно при расчете допустимости запуска либо самозапуска механизма с полной нагрузкой механизма. Потому его значение для определенных расчетов должно быть или определено, или получено от завода-поставщика.

Величина наибольшего значения момента определяется индуктивным сопротивлением рассеяния статора и ротора и не находится в зависимости от величины сопротивления ротора.

Критичное скольжение определяется отношением сопротивления ротора к эквивалентному сопротивлению (обосновано активным сопротивлением статора и индуктивным сопротивлением рассеяния статора и ротора).

Повышение только активного сопротивления ротора сопровождается повышением критичного скольжения и перемещением максимума момента в область более больших скольжений (наименьшей скорости вращения). Таким методом может быть достигнуто изменение черт моментов.

В асинхронных двига телях с фазным ротором изменение момента при разных скольжениях осуществляется при помощи сопротивления, вводимого в цепь обмотки ротора. В асинхронных движках с короткозамкнутым ротором изменение момента может быть достигнуто за счет внедрения движков с переменными параметрами либо при помощи частотных преобразователей .

Школа для электрика

Вт номинальное скольжение приблизительно составляет от 6 до 2 % соответственно.

Определить номинальное скольжение асинхронного трехфазного двигателя, ротор которого вращается с частотой й2900 об / мин, если синхронная частота вращения магнитного поля щ3000 об / мин.

Определить номинальное скольжение асинхронного трехфазного двигателя, ротор которого вращается с частотой п 2900 об / мин, если синхронная частота вращения магнитного поля nl 3000 об / мин.

Величина номинального скольжения зависит от сопротивления ротора. Меньшим номинальным скольжением при одинаковой мощности и числе полюсов обладают обычно двигатели с короткозамкнутым ротором нормального исполнения. У этих двигателей в силу конструктивных особенностей сопротивление ротора имеет относительно меньшую величину, что ведет к уменьшению значений критического скольжения SK [ формула (2 — 39) ] и номинального скольжения SH. По тем же причинам при увеличении мощности двигателя падает величина его номинального скольжения и растет жесткость естественной характеристики. Последнее иллюстрируется кривой рис. 2 — 35, построенной по средним данным для двигателей разной мощности.

Величина номинального скольжения зависит от сопротивления ротора. Наименьшим номинальным скольжением при одинаковой мощности и числе полюсов обладают обычно двигатели с короткозамкнутым ротором нормального исполнения. У этих двигателей в силу конструктивных особенностей сопротивление ротора имеет относительно небольшую величину, что ведет к уменьшению значений критического скольжения SK [ формула (2 — 39) ] и номинального скольжения SH. По тем же причинам при увеличении мощности двигателя уменьшается величина его номинального скольжения и растет жесткость естественной харак-теристики. Последнее иллюстрируется кривой рис. 2 — 35, построенной по средним данным для двигателей разной мощности.

Повышение номинального скольжения достигается за счет применения роторных клеток с повышенным сопротивлением.

Увеличение номинального скольжения связано со снижением средней угловой скорости двигателя шор.

Величина номинального скольжения SH колеблется в пределах от 2 до 12 % в зависимости от номинальной мощности и типа электродвигателя нормального исполнения. Двигатели большей номинальной мощности обычно имеют меньшую величину номинального скольжения.

Увеличение номинального скольжения двигателя может привести как к уменьшению, так и к увеличению максимального усилия в штангах в зависимости от режима помпирования; при этом изменение усилия, обусловленное смягчением характеристики двигателя, оказывается в общем случае небольшим.

Выбор номинального скольжения SH у АКД значительно меньше влияет на величину kn, чем при симметричном питании. Часто для повышения kn надо снижать SH. Однако при т 15 возможны случаи, когда при уменьшении SH кратность пускового момента падает. Это объясняется тем, что при меньших значениях SH эллиптичность поля при пуске оказывается большей. Влияние относительного активного сопротивления статора ps и коэффициента рассеяния невелико и неоднозначно. Обычно, если при симметричном питании критическое скольжение SK 1, кратность пускового момента при росте ps и с немного увеличивается или не изменяется совсем, при SK 1 незначительно уменьшается.

При номинальном скольжении по формулам (11.13) — (11.18) определяют КПД т) Р V (Р А Р в) и номинальный момент Мп.

При номинальном скольжении по формулам (11.13) — (11.18) определяют КПД Ц — РК / (РА РВ) и номинальный момент Мн.

В процессе взаимодействия магнитного поля и тока в роторе асинхронного электродвигателя создается вращающий момент, который позволяет уровнять скорость статора, ротора и вращения электромагнитного поля. Величина скольжения характеризуется скоростью вращения ротора, статора и магнитного поля.

От чего зависит величина скольжения электродвигателя

• Как правило, скольжение относительно невелико при работе электродвигателя с номинальной нагрузкой. Например, при работе электромотора 1500 оборотов в минуту скольжение равно 2,7%.

• Асинхронные электродвигатели не могут достичь синхронной скорости даже, если отсоединить механизм. Проводники ротора никогда не будут пересекаться с магнитным полем, в них не будет ЭДС, соответственно не будет и тока. При этом асинхронный момент будет равен нулю.

• В момент пуска в обмотку ротора поступает ток, соответствующий частоте сети. По мере ускорения частота тока будет определена скольжением. При этом сопротивление ротора будет зависеть от частоты тока. Индуктивное сопротивление будет возрастать по мере увеличения частоты тока.

• Величины эквивалентного сопротивления изменяются в соответствии с законами физики. Если скольжение электродвигателя уменьшается, сопротивление соответственно увеличивается.

• При пусковом моменте до развития скольжения в пределах 0,15 сила сопротивления уменьшается незначительно. При дальнейшей работе наоборот – быстро уменьшается. Величина момента вращения определяется соответствующей величиной магнитного потока, поступающего тока и сдвигом между параметрами ЭДС, тока в роторе. Зависимость момента скольжения и напряжения с частотой устанавливается в ходе проведения исследования технических характеристик производителями электромоторов.

Определение величины скольжения электродвигателя

Предопределяющим моментом в прямой зависимости от скольжения является начальное значение того момента, когда электродвигатель остается еще в неподвижном состоянии. Максимальное значение скольжения называется критическим.

Конкретные расчеты производят специалисты завода-изготовителя, и они указаны в соответствующих технических характеристиках, прилагаемых к электродвигателю при покупке. При увеличении активного сопротивления только ротора увеличивается значение критического скольжения и уменьшается скорость вращения вала. Изменить данные параметры можно путем использования дополнительного сопротивления, которое вводится в цепь обмотки ротора.

Критическое скольжение асинхронного тягового двигателя в начальной стадии пуска с учетом насыщения магнитной цепи

Известно, что в начальной стадии пуска асинхронного тягового двигателя в зоне низких частот при неизменном напряжении на зажимах статора происходит существенное уменьшение критического абсолютного скольжения /_2кр, соответствующего максимальному моменту. В результате начальная частота тока статора может стать меньше /_2кр и пуск АТД происходит на неустойчивой части механической характеристики, что отрицательно сказывается на тяговых свойствах ЭПС.

Однако вывод о снижении /_2кр справедлив для случая ненасыщенной магнитной системы АТД, т. е. для режимов, когда магнитный поток не превосходит номинального значения Ф„м- Для АТД характерным является режим пуска, в котором момент превышает номинальное значение М_ном. Для уменьшения потерь мощности в двигателе, полупроводниковых приборах преобразователя и снижения расхода электроэнергии необходимо осуществлять пуск АТД при минимальном токе обмотки статора. Такой режим пуска связан с увеличением магнитного потока сверх номинального. Поэтому ниже будет показано, что при Ф >Ф_иом и постоянном фазном напряжении статора ?/₂ критическое абсолютное скольжение практически не снижается в полном диапазоне регулирования частоты тока статора h и остается таким же, как в случае регулирования АТД при постоянном магнитном потоке.

Как известно, магнитный поток машины определяется выражением (2.19), а режим Ф — const выполняется, если в процессе регулирования частоты ЭДС двигателя изменяется в соотношении Е = Egfi.

Анализируя выражение (2.27), можно установить, что при фиксированном значении Е момент АТД однозначно определяется абсолютным скольжением /₂. Максимального (критического) значения М_кр момент достигает при критическом скольжении, определяемом известным соотношением /2кр — г’₂ІХ2, а значение М_кр —

¦=— 0,24 РіЕоКІїномХІ)- Отметим также, что при критическом скольже^ нии tg (fiXilr’i) = 1 и угол ср₂ равен 45 J эл.

Применительно к тяговому двигателю НБ-602 условие минимального тока /, для моментов выше Af_Ho_M выполняется при магнитном потоке (1,1-г-1,2) Фном [91. Дальнейшее увеличение потока практически недостижимо вследствие чрезмерного роста тока намагничивания /ц. В режиме Ф — const для двигателя НБ-602 f_2Kp = 7,5 Гц, а коэффициент статической перегрузки по моменту К_п = Л4„_рШ„_ом составляет 3,9 при Ф —- Ф_НОм и 5,6 при Ф = 1,2 Ф_иом.

На рис. 2.10 кривая 1 соответствует характеристике Af (/₂) при постоянном потоке Ф = 1,15 Фном! т — е — П Р И неизменной ЭДС Е. Допустим, что АТД работает в режиме минимального тока /_х и при тро-гании с места (ротор неподвижен) развивает момент Af_t при оптимальной для такого момента частоте h = f_2onT (для двигателя НБ-602 при М- 1,5 Л4„_ом скольжение /гопт = 1.1 Гц). Указанному режиму на рис. 2.10 соответствует точка А. При этом фазное напряжение статора (по модулю) равно |і/,| = |? -f- z^l, гдег! — полное сопротивление обмотки статора.

Рассмотрим режим = const, f_x = const и f₂ — var, который имеет место при переходе ротора во вращение. Если считать [7], что воздействий по каналам регулирования частоты и напряжения не осуществляется, то по мере уменьшения абсолютного скольжения f_t ток ротора /2 будет снижаться. При отсутствии насыщения магнитной цепи снижение тока /2 вызвало бы существенное уменьшение тока

статора (І_г = /„ + /і) и в результате при неизменном напряжении U_t происходило бы заметное увеличение ЭДС Е (кривая 5) и магнитного потока. Поэтому, как показывает кривая 3, при скольжении /інр М₁, что свидетельствует о том, что в точке А двигатель работал на неустойчивой части характеристики 3, соответствующей режиму Ui = const.

В действительности, поскольку Ф >Ф„ом и магнитная цепь АТД имеет высокую степень насыщения, ЭДС Е (кривая 4) и поток ие могут заметно возрасти, так как небольшое увеличение ЭДС Е вызывает резкое возрастание тока намагничивания /_ц, и потому ток статора /_г уменьшается незначительно при снижении скольжения f_t (її ж const). В результате, как показывают расчеты, характеристика М (f_t) при и_г = const (кривая 2) мало отличается от характеристики I при Ф = = const и точка А соответствует устойчивой части характеристики 2.

Таким образом, в характерных для АТД режимах пуска (с магнитным потоком выше номинального) снижения критического скольжения в зоне низких частот не происходит. При этом, как и в режиме Ф = = const, критическое скольжение практически не зависит от параметров обмотки статора и определяется выражением /5кр =

3. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ ДЛЯ ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА С АТД

Электроподвижной состав с асинхронными тяговыми двигателями

• ОТ АВТОРОВ
• ВВЕДЕНИЕ
• Предпосылки для яиедреммя и преимущества АТД
• Режимы нагрузок АТД
• Расчетные значения мощностей и вращающих моментов АТД
• Требования эксплуатации к характеристикам АТД
• Формирование вращающейся МДС статорной обмотки асинхронного двигателя, питающегося от преобразователя частоты
• Требования к параметрам АТД
• Режимы работы ЭПС
• Электротягопю м тяговые характеристики АТД при частотном управлении и их расчет
• Диапазон регулирования частоты и напряжения в режиме тяги
• Критическое скольжение асинхронного тягового двигателя в начальной стадии пуска с учетом насыщения магнитной цепи
• Основные требования к преобразователям частоты
• Структурные схемы преобразователей частоты
• Основные требования и »цементной базе преобразователей частоты
• Входные преобразователи ЭПС постоянного тока
• Входные преобразователи ЭПС переменного тока
• Способы повышения энергетических показателей ЭПС с АТД
• Основные соотношения для асинхронного двигателя при питании от автономного инвертора напряжения
• Расчет элементов автономного инвертора напряжения и фильтра
• Узлы принудительной коммутации автономного инвертора напряжения
• Основные соотношения для асинхронного двигателя при питании от автономного инвертора тока
• Расчет элементов автономного инвертора тока
• Автономные инверторы тока для электроподвижного состава
• Форма фазных токов и напряжений при питании асинхронного тягового двигателя от преобразователя частоты
• Основные соотношения менаду параметрами режима и параметрами конструкции АТД
• Составляющие алектромагиитиого момента в асинхронном тяговом двигателе
• Добавочные потерн от временных гармоник напряжения н тока
• Коэффициент полезного действия и коэффициент мощности АТД
• Статическая устойчивость асинхронных тяговых двигателей
• Особенности конструкции асинхронных тяговых двигателей
• Особенности проектирования АТД
• Особенности электромагнитных процессов в силовых цепях
• Влияние свойств источнике питания на характеристики АТД
• Расчет электромеханических характеристик асинхронной машины в генераторном режиме работы
• Тормозные характеристики асинхронной машины
• Регулировочные характеристики асинхронного генератора
• Расчет режимов реостатного, реостатно-рекуперативного и рекуперативного торможения
• Устойчивость работы тяговой асинхронной машины в генераторном режиме
• Перевод асинхронной машины в генераторный режим
• Использование автономного инвертора напряжении с тиристорами в цепях обратного тока при реализации генераторного режима работы асинхронной машины
• Принципы рационального управлении тяговыми асинхронными двигателями и структура системы управления
• Система регулирования частоты
• Система регулирования напряжения
• Условия параллельной работы асинхронных тяговых двигателей
• Параллельная работа автономных инверторов напряжения
• Тяговые свойства ЭПС с асинхронными тяговыми двигателями
• Электромагнитные процессы при аварийных режимах
• Защита полупроводниковых преобразователей от перенапряжений и саерхтоков
• Отечественный опыт создания алектровозов с асинхронными тяговыми двигателями
• Зарубежный опыт создания ЭПС с асинхронными тяговыми двигателями

Электродинамический тормоз электровозов ЧС2 Т и ЧС200

Рассмотрены устройство и работа основного электронного оборудования, применяемого в электродинамическом (реостатном) тормозе системы «Шкода». Применительно к электродинамическому тормозу электровозов ЧС2 Т и его модификации на скоростном электровозе ЧС200

Механические характеристики асинхронных двигателей

Асинхронный двигатель преобразовывает электрическую энергию в механическую. Механическая характеристика асинхронного двигателя, электромеханическая и другие содержат информацию, без которой невозможна его правильная эксплуатация.

Эта конструкция достаточно широко применяется в различных сферах человеческой жизнедеятельности. Без них немыслима работа станков, транспортеров, подъемно-транспортных машин. Двигатели, обладающие небольшой мощностью, широко используются в автоматике.

Устройство асинхронной машины

Схематичное устройство асинхронной машины

Классическая асинхронная машина состоит из 2 основных частей: ротора (подвижной) и статора (неподвижной). Три отдельные фазы составляют обмотку статора. С1, С2 и С3 — обозначения начала фаз. С3, С4 и С5 — соответственно концы фаз. Все они подсоединены к клеммному разъему по схеме звезда или треугольник, что показано на рисунках а, б, в. Схему выбирают учитывая паспортные данные двигателя и сетевое напряжение.

Статор создает внутри электродвигателя магнитное поле, которое постоянно вращается.

Ротор различают короткозамкнутый и фазный.

В короткозамкнутом скорость вращения не регулируется. Конструкция с ним проще и дешевле. Однако пусковой момент у него слишком мал по сравнению с машинами, у которых фазный ротор. Здесь скорость вращения регулируется за счет возможности ввода дополнительного сопротивления.

Принцип работы асинхронной машины

Подавая напряжение на обмотку статора, по каждой фазе можно наблюдать изменяющиеся магнитные потоки, которые по отношению друг к другу смещены на 120 градусов. Общий результирующий поток получается вращающимся и создает ЭДС внутри проводников ротора.

Там появляется ток, который во взаимодействии с результирующим потоком создает пусковой момент. Это приводит к вращению ротора.

Возникает скольжение S, т. е. разность между частотой вращения самого ротора n2 и частотой магнитного поля статора n1. Первоначально оно равно 1. Впоследствии частота возрастает, разность n1 – n2 уменьшается. Это ведет к уменьшению вращающего момента.

На холостом ходу скольжение минимально. Оно достигает критического значения Sкр, когда увеличивается статический момент. Превышение Sкр ведет к нестабильной работе машины.

Механическая характеристика

Как основная, помогает проводить детальный анализ работы электродвигателя. Она выражает непосредственную зависимость частоты вращения самого ротора от электромагнитного момента n=f (M).

Из графика видно, что на участке 1-3 машина работает устойчиво. 3-4 — непосредственный отрезок неустойчивой работы. Идеальный холостой ход соответствует точке 1.

Точка 2 — номинальный режим работы. Точка 3 — частота вращения достигла критического значения. Пусковой момент Мпуск — точка 4.

Наши читатели рекомендуют! Для экономии на платежах за электроэнергию наши читатели советуют ‘Экономитель энергии Electricity Saving Box’. Ежемесячные платежи станут на 30-50% меньше, чем были до использования экономителя. Он убирает реактивную составляющую из сети, в результате чего снижается нагрузка и, как следствие, ток потребления. Электроприборы потребляют меньше электроэнергии, снижаются затраты на ее оплату.

Существуют технические способы расчетов и построения механической характеристики с учетом данных паспорта.

В первоначальной точке 1 n0=60f/p (p – количество пар полюсов). Поскольку nн и Mн непосредственно координаты точки 2, расчет номинального момента производится по формуле Mн=9,55*Рн/ nн, где Рн — номинальная мощность. Значение nн указано в паспорте двигателя. В точке 3 Mкр=Mнλ. Пусковой момент в точке 4 Mпуск=Mн*λпуск (значения λ, λпуск — из паспорта).

Механическая характеристика, построенная таким образом, называется естественной. Изменяя другие параметры можно получить искусственную механическую характеристику.

Полученные результаты дают возможность проанализировать и согласовать механические свойства самого двигателя и рабочего механизма.

Электромеханическая характеристика

Она являет собой зависимость угловой скорости вращения от тока статора. Используя несколько опорных точек можно построить электромеханическую характеристику. Номинальный ток рассчитывается по формуле:

Ток холостого хода составляет 30—40% от номинального.

Формула расчета при критическом скольжении:

Ток в начальный момент пуска:

Все значения отражают электромеханическую характеристику.

Рабочие характеристики

Рабочие характеристики асинхронного электродвигателя — это взаимосвязь нескольких параметров от полезной мощности P2. В их число входят: частота вращения самого ротора n2, момент на валу М, скольжение S, ток статора I1, расходуемая мощность P, коэффициент мощности СОSφ и КПД.

Причем частота электрического тока и напряжение неизменны, в отличие от нагрузки.

Как правило, рабочие характеристики асинхронного двигателя строятся в диапазоне значений скольжения от 0 до значения, превышающего номинальное на 10%. Это зона, где машина работает устойчиво.

Частота вращения ротора n2 уменьшается при возрастании нагрузки на валу. Но эти изменения не превышают 5%. Ток I1 растет, поскольку при последующем увеличении нагрузки его активная составляющая превышает реактивную.

СОSφ при холостом ходе мал. Но затем он возрастает. При повышенных нагрузках СОSφ уменьшается из-за возрастающего внутри обмотки ротора реактивного сопротивления.

КПД холостого хода равен 0. С увеличением нагрузки наблюдается его резкий рост, а впоследствии, снижение.