Механические характеристики асинхронного двигателя

 Тогда

  (4-49)

 Считая  равными I₁ и I₂' из-за малости их активных составляющих, и используя выражение (4-49), находим:

 

 где φ_K - критическое значение относительной частоты поля статора.

 

 Рис. 4-24. Векторная диаграмма самовозбуждения  асинхронного генератора 

 Схема замещения фазы двигателя и его векторная диаграмма позволяют найти зависимости для электромагнитной мощности и момента, последний определяется тепловыми потерями в статоре и роторе машины [40]. Однако эти расчеты связаны с очень сложными и громоздкими вычислениями всех зависимостей, изображенных на рис. 4-23. Поэтому воспользуемся упрощенной методикой расчета механической характеристики, которая определяется следующей зависимостью [40]:

 

 где М₀ - начальный (расчетный) тормозной момент при скорости ω₀.

 Величина М₀ получена экспериментально в виде произведения М_НОМkC°, где k - коэффициент, зависящий от типа конкретного двигателя. Он может приниматься равным 0,7 для четырех- и шестиполюсных машин и 0,5 для двухполюсных, С° - фазная емкость конденсаторов в относительных единицах от C_НОМ. Задавая значение φ_НАЧ, можно вычислить С° по формуле

 

 Номинальная емкость конденсаторной батареи (фазная)

 

 где I_{μ НОМ} - ток намагничивания машины при номинальном (фазовом) напряжении статора; ω₀ - синхронная скорость вращения магнитного поля при частоте сети 50 Гц.

 

 Рис. 4-25. Статические механические характеристики асинхронной машины при конденсаторном торможении: при емкости в фазе С₁ (кривая 1), при емкости в фазе С₂ (кривая 2 и 3) и различных значениях тока намагничивания I_μ2 » I_μ3

 Механические  характеристики (рис. 4-25) показывают, что увеличение емкости конденсаторов снижает значение угловых скоростей ω_НАЧ и ω_К, а также и максимальный тормозной момент. При увеличении тока намагничивания (кривая 3) повышается насыщение магнитной цепи, что приводит к уменьшению индуктивного сопротивления машины и увеличению максимума тормозного момента и угловой скорости ω_К.

 

Рис. 4-26. Комбинированное конденсаторно-динамическое торможение: а - принципиальная схема; б - механические характеристики

 Как было указано выше, комбинированные способы торможения оказываются эффективными для получения полной остановки привода. В зависимости от моментов замыкания контактов тормозного контактора КТ в такой системе возможно получение даже трех последовательно сменяющихся тормозных режимов (рис. 4-26,б): конденсаторного (кривая 1), магнитного (кривая 2) и динамического (кривая 3) либо только первого и последнего. Переход привода из двигательного режима в тормозной и переключение различных тормозных режимов указано на рисунке стрелками. Например, если замыкание контактов КТ происходит в момент, соответствующий точке с, то в ней совершается переход от конденсаторного к магнитному торможению, которое заканчивается в точке d, далее почти до остановки привода идет динамическое торможение.

7. Технические реализации. Применения

  Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором  уже около 100 лет используется и будет использоваться как практически единственная реализация массового нерегулируемого электропривода, составляющего до настоящего времени более 90 % всех промышленных электроприводов. В последние 10—20 лет многими фирмами в Америке и Европе предпринимаются попытки разработки и выпуска на широкий рынок так называемых энергоэффективных двигателей, в которых за счет увеличения на 30 % массы активных материалов на 1—5 % повышен номинальный КПД при соответствующем увеличении стоимости. В последние годы в Великобритании осуществлен крупный проект создания энергоэффективных двигателей без увеличения стоимости.

  В последнее десятилетие благодаря успехам электроники (ПЧ) короткозамкнутый асинхронный двигатель стал основой частотно-регулируемого электропривода, успешно вытесняющего доминировавший ранее электропривод постоянного тока во многих сферах. Особенно интересным является применение такого электропривода в традиционно нерегулируемых насосах, вентиляторах, компрессорах. Как показывает опыт, это техническое решение позволяет экономить до 50 % электроэнергии, до 20 % воды и более 10 % тепла.

  Переход от нерегулируемого электропривода к регулируемому во многих технологиях рассматривается как основное направление развития электропривода, поскольку при этом существенно повышается качество технологических процессов и экономится до 30 % электроэнергии. Это определяет перспективы развития частотно-регулируемого электропривода.

  Электропривод с двигателями с фазным ротором  при реостатном регулировании традиционно находит применение в крановом хозяйстве, используется в других технологиях. Каскадные схемы и машины двойного питания можно встретить в мощных электроприводах газоперекачивающих станций с небольшим диапазоном регулирования, в устройствах электродвижения судов.

 

 

Устройство асинхронных машин

 
В основу принципа действия асинхронной машины положено использование вращающегося магнитного поля, которое индуцирует электродвижущую силу (ЭДС) в обмотке ротора. При взаимодействии тока" ротора с вращающимся магнитным полем создается электромагнитный момент, приводящий ротор во вращение (в двигательном режиме) или осуществляющий его торможение (в тормозных режимах)

 8-Принцип действия асинхронной машины

 Принцип действия асинхронной машины основан на законе электромагнитной индукции, открытом

 М. Фарадеем, и работах Д. Максвелла и Э. Ленца.

 В асинхронной  мащине одну из обмоток размещают на статоре 1 (рис1.1 а), а вторую - на роторе 5. Между ротором и статором имеется воздушный зазор, который для улучшения магнитной связи между обмотками делают по возможности малым. Обмотка статора 2 представляет собой многофазную (или в частном случае трехфазную) обмотку, катушки которой размещают равномерно по окружности статора. Фазы обмотки статора АХ, BY и CZ соединяют по схеме Y или А и подключают к сети трехфазного тока. Обмотку ротора 4 выполняют многофазной короткозамкнутой или трехфазной и размещают равномерно вдоль окружности ротора.

 Из курса  теоретических основ электротехники известно, что при питании трехфазным синусоидальным током трехфазной обмотки статора возникает вращающееся магнитное поле, частота вращения (об/мин) которого

                П1=60f1|р    Где f1-частота питающей сети.  р-.  число пар полюсов 

Вращающееся магнитное поле индуцирует в проводниках  замкнутой накоротко обмотки ротора ЭДС Е₂ и по ним проходит ток 1₂.

На рис.1.1,а показано (по правилу правой руки) направление ЭДС, индуцированной в проводниках ротора при вращении магнитного потока Ф по часовой стрелке (при этом проводники ротора перемещаются относительно потока Ф против часовой стрелки). Если ротор неподвижен или частота его вращения меньше частоты п1, то активная составляющая тока ротора совпадает по фазе с индуцированной ЭДС; йри этом условные обозначения (крестики и точки) на рис. 1.1 показывают одновременно и направление активной составляющей тока.

 

Рис. 1.1. Электромагнитная схема асинхронной  машины и направление ее электромагнитного момента при работе машины в режимах: двигательном (а), генераторном (б) и электр. торможения (в)

На проводники с током, расположенные в магнитном поле, действуют электромагнитные силы, направление которых определяется правилом левой руки. Суммарное усилие F_pe3, приложенное ко всем проводникам ротора, образует электромагнитный момент М, увлекающий ротор за вращающимся магнитным полем.

Электромагнитный  момент, возникающий от взаимодействия магнитного потока Фи тока ротора I2

 

М=сФI2соsф2

где с- коэффициент пропорциональности; I2соsф2 - активная составляющая тока ротора; ф2- угол сдвига фаз между током I2 и ЭДС Е₂ в обмотке ротора.

Если  электромагнитный момент М достаточно велик, то ротор приходит во вращение и его установившаяся частота вращения п₂ соответствует равенству электромагнитного момента тормозному, создаваемому приводимым во вращение механизмом и внутренними силами трения. Такой режим работы асинхронной машины является двигательным.

Частота вращения ротора П2 всегда отличается от частоты вращения магнитного поля П1 так как в случае совпадения этих частот вращающееся поле не пересекает обмотку ротора ив ней не индуцируется ЭДС, а следовательно, и не создается вращающий момент.

Относительную разность частот вращения магнитного поля и ротора называют скольжением:

 

S=( П1- П1) | П1

Его выражают в относительных единицах или  процентах по отношению К П1 Частота вращения ротора с учетом

П2= П1 ( 1-S)

Таким образом, характерной особенностью асинхронной машины является наличие скольжения, т.е. неравенство частот вращения П1 и П1 Поэтому машину и называют асинхронной (ее ротор вращается несинхронно с полем).

При работе асинхронной машины в двигательном, режиме частота вращения ротора меньше частоты вращения магнитного поля П1< П2 и 0< S <l. В этом случае обмотка статора питается от сети, а вал ротора передает механический момент на какой-либо механизм.

 В  машине электрическая энергия  преобразуется в механическую.