- •Лабораторная работа № 4
- •Обозначения выводов фаз обмотки
- •Схемы соединения фаз обмотки статора и подключения двигателя к сети
- •Вращающее магнитное поле
- •Вращающий момент
- •Механическая характеристика двигателя
- •Пуск асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором
- •Реверсирование двигателей
- •Регулирование частоты вращения ротора
- •Энергетические показатели двигателя
- •Рабочие характеристики двигателя
- •Описание лабораторной установки
- •Задание на подготовительную работу
- •Программа выполнения работы
Вращающий момент
Вращающееся магнитное поле, пересекая стержни ротора асинхронного двигателя, индуцирует в них ЭДС. Под действием наведенной ЭДС в роторной обмотке возникает индуцированный ток i2 (рис. 4.8).
Из рис. 4.8 кривые распределения индукции B и наведенного тока i2 по окружности ротора асинхронного двигателя приняты синусоидальными. Обе кривые имеют неизменные амплитуды Bm и I2m и остаются неподвижными одна относительно другой со сдвигом фаз ψ2.
Рис. 4.8
На проводник ротора с током i2 со стороны магнитного поля статора действует сила Ампера f, направленная по касательной к окружности ротора (рис. 4.9), направление которой определяется по «правилу левой руки». Величина этой силы
,
где l2 – длина проводника ротора, расположенного в магнитном поле. На рис. 4.8 показана кривая распределения касательных сил f по окружности ротора и их среднее значение.
Рис. 4.9
Общую силу, действующую на ротор, найдем, умножив среднюю силу на число проводников обмотки ротора N2:
.
Вращающий момент равен произведению силы F на плечо D/2:
,
где D – диаметр ротора.
Под воздействием вращающего момента начинается разгон ротора. Переходные электромагнитные и электромеханические процессы в двигателе закончатся при достижении устойчивого равновесия между вращающим моментом и моментом сил сопротивления, созданными приводными механизмами. При этом условии ротор будет вращаться с частотой ω.
Таким образом, кривые В, i2 и f (рис. 4.8) относительно статора вращаются с синхронной скоростью ω0, а сила Ампера относительно ротора вращается со скоростью (ω0- ω). Основным условием работы двигателя является асинхронность (неравенство) частот вращения ротора и магнитного поля (в двигателях ),так как только в этом случае возможно индуцирование ЭДС и возникновение тока в обмотке ротора, следовательно, образование вращающего момента.
При неравенстве частот ротор при своем вращении скользит по магнитному полю. Скольжение ротора
где ω0, ω - угловые частоты вращения магнитного поля и ротора; n0, n- частоты вращения магнитного поля и ротора.
В режиме идеального холостого хода (при М = 0) и пренебрежении моментом холостого хода, обусловленным механическими и магнитными потерями в двигателе, частота вращения ротора ,а скольжение s = 0.
При неподвижном роторе при пуске и скольжениеs = 1. Таким образом, в двигательном режиме частота вращения ротора и его скольжение изменяются в пределах ; . Частота вращения ротора
ω = ω0 (1 - s); n = n0 (1 - s).
Механическая характеристика двигателя
Механические характеристики - это зависимости s = f(M) или ω =f(M), или n = f(M). Вид экспериментальной механической характеристики представлен на рис. 4.10.
Механическая характеристика показывает, что вращающий момент имеет максимум Mмакс. Скольжение, при котором момент достигает максимального значения, называется критическим и обозначается sКР. Номинальному моменту МН, соответствующему номинальной мощности на валу, соответствуют номинальная частота ωН, номинальная частота вращения nН и номинальное скольжение sН.
Рис. 4.10
1 – при номинальном напряжении; 2 – при пониженном напряжении
MП – пусковой момент; MП Р - расчетный пусковой момент
Для двигателей с короткозамкнутым ротором номинальное скольжение равно 0,03-0,07.
Для двигателей общепромышленного применения максимальный момент Mмакс больше номинального момента MН в 1,7-2,5 раза. Значение μ = Mмакс/MН определяет способность к перегрузке двигателя в отношении вращающего момента (приводится в паспортных данных).
Максимальный момент пропорционален квадрату напряжения сети, подведенного к обмотке статора. Поэтому понижение напряжения приводит к заметному уменьшению Mмакс. По стандартам допускается снижение напряжения в сети UС на 5 %, т.е. пониженное напряжение сети UC=0,95UН, тогда вращающий момент двигателя при пониженном напряжении:
Таким образом, напряжение сети снижается на 5 %, а момент уменьшается на 9 %. Чувствительность асинхронных двигателей к изменению напряжения является их недостатком.
Механическая характеристика может быть математически описана формулой Клосса:
где максимальный вращающий момент Mмакс=μ MН, а критическое скольжение .
Формула Клосса позволяет построить расчетную механическую характеристику с допустимой погрешностью. Однако определение расчетного пускового момента МП Р (при s = 1) по этой формуле дает значительную погрешность. Поэтому фактический пусковой момент МП определяется только по кратности пускового момента μП = MП/MН.
Величина приводится в паспортных данных и для рассматриваемых двигателей составляет = 0,8 —1,7 .
Для построения механической характеристики по формуле Клосса выполним анализ зависимости М= f(s) для двух интервалов изменения s:
a) s < sкр, пренебрегая первым слагаемым в знаменателе получим М ~ s , зависимость близкая к линейной (участок а - b на рис. 4.10);
ику
ойаническую
характери