Механические и электромеханические характеристики асинхронного двигателя.

В настоящее время большое распространение получил электропривод переменного тока на базе простой по устройству и надежной в эксплуатации асинхронной машины.

Асинхронные двигатели получили большое распространение благодаря следующим своим качествам:

• своей дешевизне двигателя,

• простоте конструкции,

• достаточной высокой надежности,

• относительно высокого КПД,

• меньшего расхода цветных металлов на единицу мощности в 1,5-2 раза, чем для двигателя постоянного тока.

К недостаткам асинхронного двигателя следует отнести:

1. Квадратичная зависимость момента от напряжения, т.е. при падении напряжении в сети значительно уменьшится пусковой и максимальный момент.

;Х_к=Х+Х'₂.

2. Опасность перегрева статора особенно при повышенном напряжении,

3. Малый воздушный зазор, который несколько понижает надежность двигателя.

Наибольшее распространение среди асинхронных двигателей получил двигатель с короткозамкнутым ротором. Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором применяются для механизмов с длительным режимом работы и не требующих регулирования скорости: в доменных цехах, используют для электропуска на электроприводе нагрузки кокса, для транспорта, в прокатных цехах, для тракторов и т.д.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором применяют для тельферов, кран-балок, тихоходных мостовых кранов и пока широко применяют для электроприводов насосов малой мощности, транспортеров. В настоящее время наблюдается тенденция для использования двигателя с короткозамкнутым ротором в системах ПЧ-АД (преобразователя частоты в асинхронных двигателях).

Применение двигателя с фазным ротором оправдывается в следующих случаях:

1. Для мостовых кранов, нормальных и быстроходных, где требуется регулирование скорости на приводе моста, тележки и подъема груза.

2. Для маховичных приводов типа ножницы, прессы, главные приводы станков.

3. Для приводов, работающих с большой частотой включения, где асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором не проходит по нагреву или не дает требуемых динамических характеристик для торможения.

Е_р=Е_рнS;;S– скольжение.

f₂=f₁-S;f₁– частота сети,f₂– частота ротора.

;р– число пар полюсов.

;n– обороты ротора.

w=w₀(1-S); n=n₀(1-S);

М=КФI₂cos; - угол между ЭДС и током ротора.

Механические характеристики асинхронного двигателя.

Механической характеристикой двигателя называется зависимость скорости вращения двигателя или скольжения от вращающего его момента и наоборот.

М=f(s) s=(M)

M=f(w) w=(M)

Уравнение механической характеристики асинхронного двигателя можно получить использованием упрощенной схемы замещения асинхронного двигателя, которая имеет вид:

- суммарное активное сопротивление фазы ротора, приведенного к статору.

I₁– ток статора;

I’₂ – ток ротора;

I₀– ток холостого хода;

Х₁– индуктивное сопротивление фазы обмотки статора;

Х’₂– индуктивное сопротивление, приведенное к статору, индуктивное сопротивление обмотки ротора;

Х₀ – индуктивное сопротивление намагничивающего контура;

R₀– активные потери в статоре;

R'₂– сопротивление обмотки фазы ротора приведенного к статору;

R_2п– внешнее сопротивление, включенное в фазу ротора приведенного к статору.

Выражение для момента двигателя можно получить из уравнения баланса мощности асинхронного двигателя:

Р_1z=Р_м+Р_2эл

Р_1z– электромагнитная мощность;

Р_м– мощность на валу двигателя;

Р_2эл– мощность электрических потерь.

Р_м=Mw; Р₁₂=Мw₀;

;

;;

;

().

Кривая зависимости момента от скольжения имеет два максимума – один в генераторном режиме, другой в двигательном режиме или торможения противовключением.

Взяв производную от выражения () и приравняв к нулюdM/dS=0,находят критическое скольжениеS_кр, при котором двигатель развивает максимальный момент:

;.

«+» – двигательный режим;

«-» – генераторный режим.

Подставим значение критического скольжения в формулу электромагнитного момента (), получим выражение для критического или максимального момента:

«+» – двигательный режим

«-» – генераторный режим

Разделив выражение электромагнитного момента на выражения М_к,получим следующую формулу:

();.

Для крупных машин в виду малости активного сопротивления обмотки статора (R₁0) коэффициент «а» можно принять равным нулю

а0;R₁=0;.

В электромашинах часто используют параметр (коэффициент перегрузочной способности)=М_кд/М_н.

Из номинального режима работы асинхронного двигателя подставим в формулу () Клосса значениеМ=М_н,S=S_ни, принимая параметра=0, получим:

1. От w₀до точки а – рабочий участок, определяется скольжениемS 0,350.4S_k,механическая характеристика линейная

;SS_k; 

2. S_кд– точка критического скольжения, изменяется в пределах 0,080,3.

Критический момент изменяется в пределах 1,63,4

3. Точка холостого хода М=0, скольжение равно нулю,w₀.

4. Точка б М_скМ_н.

5. Точка М_п.

;;

6. Точка критического скольжения в генераторном режиме при рекуперации энергии в сеть.

;М_кгМ_кд.

7. Точка Д режим противовключения.