Механические характеристики асинхронного двигателя

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

Петрозаводский  государственный университет

Кольский  филиал 
 
 
 
 
 
 
 

                                             Кафедра  «Высоковольтной                              электроэнергетики и электротехники» 
 

Дисциплина  “_Электромеханика_ ” 
 

                     Механические характеристики асинхронного двигателя (АД).

   Устройство асинхронной машины. 
 

Контрольная работа       

студента __2___ курса

(группа  АВЭЭ - /06/3,5 )

заочного  отделения 

Физико-энергетического  факультета

специальность:140201– «Высоковольтные электроэнергетика и электротехника» 

          Ваховского Владимира Александровича 

преподаватель –

 проф., докт. техн. наук А.И. Ракаев 
 
 

    

Апатиты

2008 г

 
 
 

       Содержание:

1. Механические характеристики асинхронного двигателя (АД).

1. Введение.

2. Асинхронные машины.

3. Уравнение механической характеристики асинхронного двигателя.

4. Линеаризация механической характеристики асинхронного двигателя.

5. Механические характеристики асинхронных двигателей  при симметричных      режимах

6.  Тормозные режимы асинхронных двигателей

7. Технические реализации. Применения

8. Устройство асинхронной машины.

9. Принцип действия Асинхронные машины.

10. Список литературы

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Механические  характеристики асинхронного двигателя (АД).

1. Введение.

 Электроприводы  переменного тока широко применяются  в промышленности, транспорте, строительной индустрии и других отраслях народного  хозяйства. Их преимущественное распространение обусловлено: высокой надежностью машины переменного тока из-за отсутствия коллектора, простотой управления нерегулируемыми приводами, поскольку большинство из них непосредственно включается в сеть, низкой стоимостью электрических машин и простыми требованиями к их обслуживанию и правилами эксплуатации.

 В зависимости  от типа используемого двигателя  различают не только приводы переменного  и постоянного тока, но и асинхронные, синхронные, шаговые и другие разновидности приводов. Однако не следует думать, что приводы переменного тока везде и всюду могут применяться вместо приводов постоянного тока. Для каждого вида привода имеются сложившиеся области перспективного использования. Причем трудно однозначно и определенно перечислить наперед все факторы, которые определяют выбор рода тока для привода. Наряду с традиционными приводами, построенными на базе асинхронных и синхронных машин, в последние десятилетия применяют приводы переменного тока с универсальными и шаговыми двигателями, двигателями двойного питания и с электромагнитной редукцией скорости.

2. Асинхронные машины.

  Принцип действия асинхронной машины в самом  общем виде состоит в следующем: один из элементов машины - статор используется для создания движущегося с определенной скоростью магнитного поля, а в замкнутых проводящих пассивных контурах другого элемента-ротора наводятся ЭДС, вызывающие протекание токов и образование сил (моментов) при их взаимодействии с магнитным полем. Все эти явления имеют место при несинхронном-асинхронном движении ротора относительно поля, что и дало машинам такого типа название - асинхронные.

  Статор  обычно выполнен в виде нескольких расположенных в пазах катушек, а ротор в виде «беличьей клетки» (короткозамкнутый ротор) или в виде нескольких катушек (фазный ротор), которые соединены между собой, выведены на кольца, расположенные на валу, и с помощью скользящих по ним щеток могут быть замкнуты на внешние резисторы или другие цепи.

  Несмотря  на простоту физических явлений и  материализующих их конструктивов, полное математическое описание процессов в асинхронной машине весьма сложно:

  во-первых, все напряжения, токи, потокосцепления -переменные, т.е. характеризуются частотой, амплитудой, фазой или соответствующими векторными величинами;

  во-вторых, взаимодействуют движущиеся контуры, взаимное расположение которых изменяется в пространстве;

  в-третьих, магнитный поток нелинейно связан с намагничивающим током (проявляется  насыщение магнитной цепи), активные сопротивления роторной цепи зависят  от частоты (эффект вытеснения тока), сопротивления всех цепей зависят от температуры и т.п.

  Рассмотрим  самую простую модель асинхронной  машины, пригодную для объяснения основных явлений в асинхронном электроприводе.

  Механические  характеристики двигателя полностью определяют качество работы электромеханической системы в установившемся режиме и ее производительность. Они также влияют и на динамические режимы электропривода, характеризуя избыточный динамический момент, определяющий ускорение или замедление двигателя  

3. Уравнение механической характеристики асинхронного двигателя

 В современной  практике проектирования используются программы, учитывающие при расчете  механических характеристик намагничивание магнитной системы машины Но при  этом теряется наглядность в их исследовании. Поэтому все дальнейшие зависимости будут найдены при выполнении этого основного допущения.

 Подведенная к двигателю из сети электрическая  мощность расходуется на покрытие потерь в контуре намагничивания p_μ, в меди статора p_M1, и остаток ее преобразуется в электромагнитную мощность. Таким образом,

    (4-11)

 откуда

  (4-12)

 В свою очередь,

  (4-13)

 где ω₀ = 2πf₁/p - число пар полюсов статора машины.

 После незначительных преобразований, найдем

  (4-14)

 Следовательно, зависимость M = f(s) является сложной функцией от скольжения. Исследуем ее на экстремум, взяв производную

  (4-15)

 Приравняв числитель выражения (4-15) нулю, найдем значение критического скольжения s_K, при котором зависимость М = f(s) имеет максимум:

  (4-16)

 Физически уменьшение М при s < s_K и s > s_K объясняется следующим. При s < s_K уменьшение скольжения сопряжено с уменьшением тока и момента двигателя, а при s > s_K, хотя и происходит увеличение тока двигателя, но его активная составляющая, обусловливающая электромагнитный момент, не растет, а уменьшается, что также приводит к уменьшению момента, развиваемого двигателем.

 Положительный знак s_K соответствует двигательному, а отрицательный - генераторному режиму работы машины.

 Следует иметь в виду, что, как у машины постоянного тока, относительная величина r₁ уменьшается при увеличении мощности машин и уже для двигателей мощностью 100 кВт составляет 10-15% величины x₁ + x₂'. Поэтому формулу (4-16) можно использовать в упрощенной форме, пренебрегая r₁

  (4-17)

 где x_К.З - индуктивное приведенное сопротивление короткого замыкания.

 Этого нельзя делать для машин средней  и особенно малой мощности, у которых  сопротивление r₁ соизмеримо с x_К.З.

 Используя формулы (4-14) и (4-16), можно получить иную запись механической характеристики асинхронного двигателя, если найти значения его критических моментов в двигательном М_К.Д и генераторном М_К.Г режимах работы:

    (4-18)

 

 Отношение критических моментов

  (4-19)

 Здесь принято часто используемое обозначение:

  (4-20)

 Формула (4-19) показывает, что значение критического момента машины в генераторном режиме может быть существенно больше, чем в двигательном режиме (см. рис. 4-8).

 Для практического использования удобнее  иное, чем в формуле (4-14), выражение  механической характеристики асинхронного двигателя. Найдем его, используя формулы (4-14), (4-17) и (4-20):

  (4-21)

 Если  пренебречь влиянием активного сопротивления  статора, то ε = 0, и формула (4-21) приобретает такой вид (при М_К.Д = М_К.Г = М_К):

  (4-22)

 Впервые выражение (4-22) получил М. Kloss [18], поэтому его называют формулой Клосса.

 Формулы (4-21) или (4-22) удобнее для расчетов, чем (4-14), поскольку они не требуют  знания параметров двигателя. В этом случае все расчеты производятся по данным каталога. Ввиду того, что  значение s_K в каталогах не указано, его приходится определять на основе других сведений, например, величины перегрузочной способности машины М_К/М_НОМ = λ_М. Тогда из формулы (4-21) получим:

  (4-23)

 откуда, решая квадратное уравнение, найдем

  (4-24)

 где γ = λ_М + (1 - λ_М)ε.

 В выражении (4-24) следует брать перед корнем знак плюс, поскольку другое значение s_K противоречит физическому смыслу.

Приближенное  решение уравнения (4-24) можно получить при коэффициенте ε = 0, но лучше определить его значение. Наиболее достоверные результаты будут получены, если, располагая параметрами машины, величину ε определять из формулы (4-20), a s_K - из выражения (4-16). Для асинхронных двигателей с фазным ротором выражения (4-14) и (4-21) дают более достоверные результаты, так как в этих машинах менее заметны влияния насыщения стали и вытеснения тока в обмотках ротора (скинэффект).