51. Механическая характеристика асинхронного двигателя

Механической характеристикой называется зависимость частоты вращения ротора двигателя или скольжения от момента, развиваемого двигателем при установившемся режиме работы: n = f(M) или s = f(M).

Механическая характеристика является одной из важнейших характеристик двигателя. При выборе двигателя к производственному механизму из множества двигателей выбирают тот, механическая характеристика которого удовлетворяет требованиям механизма.

Располагая параметрами двигателя, можно рассчитать и построить его механическую характеристику, которая будет иметь вид, изображенный на рисунке 49.

Рис. 49. Механическая характеристика асинхронного двигателя

Необходимо отметить, что после включения двигателя в нем происходят сложные переходные электромагнитные процессы. В тех случаях, когда время разбега оказывается соизмеримым с временем электромагнитных процессов, механическая характеристика двигателя в период разбега может существенно отличаться от статической.

Одной из важных точек характеристики является точка, где момент, развиваемый двигателем, достигает наибольшего значения. Эта точка имеет координаты n_kp, s_kp, M_max.

Момент, развиваемый двигателем, при любом скольжении пропорционален квадрату напряжения.

Максимальный момент пропорционален квадрату напряжения и не зависит от сопротивления цепи ротора. Критическое скольжение пропорционально сопротивлению цепи ротора и не зависит от напряжения сети.

На практике обычно пользуются уравнением механической характеристики, с помощью которого можно произвести необходимые расчеты и построения, используя только каталожные данные.

Упрощенное уравнение механической характеристики:

Значение M_max определяется из отношения M_max / M_ном = λ, указываемого в каталогах.

где s_ном = (n₀ – n) / n₀, λ = M_max / M_ном.

Следует отметить, что в зоне от M = 0 до M ≈ 0,9M_max механическая характеристика близка к прямой линии. Поэтому при расчетах пусковых и регулировочных резисторов эту часть механической характеристики принимают за прямую линию, проходящую через точки M = 0, n = n₀ и M_ном, n_ном.

Уравнение механической характеристики в этой части будет иметь вид:

52. Паспортные данные двигателя. Расчет и построение механической характеристики

Расчет и построение механической характеристики производят по каталожным данным двигателя.

В каталоге приводятся следующие данные:

тип двигателя, P_ном, U_ном, I_ном, n_ном, η_ном, cos φном, M_max / M_ном = λ.

Для двигателя с короткозамкнутым ротором дополнительно даются отношение пускового момента к номинальному (М_п / М_ном) и отношение пускового тока к номинальному (Iп / Iном); для двигателя с фазным ротором – напряжение между кольцами при неподвижном и разомкнутом роторе U_2k = E_2k и номинальный ток ротора I_2ном. Буквенные и цифровые обозначения типа двигателя позволяют судить о его назначении, габаритной мощности, числе пар полюсов и т. д. Поскольку существует большое число типов двигателей и в каталогах даны пояснения, что означает каждая буква и цифра, останавливаться на этом в книге нет необходимости.

Рис. 50. График зависимости потока двигателя от намагничивающего тока (а); механическая характеристика двигателя с учетом пускового момента М_п, заданного в каталоге (б)

Номинальной мощностью Р_ном двигателя общего назначения длительного режима работы называется мощность, которую двигатель может длительно развивать на валу, нагреваясь при этом до допустимой температуры, обусловленной классом изоляции его обмоток. В двигателе возникают потери мощности, которые нагревают его. Когда двигатель имеет температуру окружающей среды, большая часть мощности потерь расходуется на повышение его температуры, а меньшая рассеивается в окружающую среду.

С повышением температуры двигателя большая часть мощности потерь рассеивается в окружающую среду.

По прошествии определенного времени наступает тепловое равновесие: вся мощность потерь, выделяющихся в двигателе, рассеивается в окружающую среду, и температура двигателя при заданной нагрузке остается неизменной. Повышение температуры двигателя выше допустимой вызывает ухудшение механической и электрической прочности изоляции.

При этом изменяется структура изоляции и в конце концов она пробивается и двигатель выходит из строя. Можно ли нагружать двигатель мощностью больше номинальной? Можно кратковременно, если до этого двигатель работал с недогрузкой и его температура была ниже допустимой. Длительность и степень перегрузки в совокупности должны быть такими, чтобы в результате температура двигателя не превышала допустимую.

Мощность, потребляемая двигателем из сети, при номинальной и любой другой нагрузке может быть определена по формуле:

Отношение М_к / М_ном характеризует перегрузочную способность двигателя.

Расчет механической характеристики двигателя обычно производят с помощью упрощенного уравнения механической характеристики, в котором М к s – координаты механической характеристики двигателя, M_max и s_kp – его параметры.

Значение M_max определяют по формуле: