Рабочие характеристики асинхронного двигателя.

Л Е К Ц И Я 11 б

План лекции

10.2. Механические и рабочие характеристики трехфазного асинхронного двигателя.

10.3. Пуск и регулирование скорости вращения.

Рассмотрим асинхронный двигатель, на валу которого имеется нагрузка и обмотка статора которого потребляет из сети электроэнергию мощностью .

На энергетической диаграмме представлено распределение энергии при работе асинхронного двигателя.

Часть мощности теряется в статоре на потери в проводниках обмотки и потери на гистерезис и вихревые токи в стали сердечника P_c. ставшаяся часть электрической мощности посредством вращающегося

магнитного потока передается со статора на ротор:

электромагнитная мощность

Электромагнитная мощность Р_эм определяется током и ЭДС ротора. Часть мощности Р_эм теряется в проводниках обмотки Р_э. Оставшаяся часть мощности преобразуется в механическую мощность Р_мех, под действием которой ротор асинхронного двигателя вращается. Часть механической мощности Р_мех теряется на трение в подшипниках, на вентиляцию и т.д. и являются механическими потерями Р_мх. Другая часть мощности теряется из-за рассеяния магнитного поля в зубьях статора и ротора и является добавочными потерями Р_доб.

Таким образом, полезная механическая мощность на валу двигателя

Эта мощность указывается в паспортных данных асинхронного двигателя. Коэффициент полезного действия (кпд) двигателя определяется

Двигатели малой и средней мощности имеют номинальный кпд в пределах 0,7 - 0,9, двигатели большой мощности имеют кпд 0,94 - 0,96.

Коэффициент мощности асинхронного двигателя.

Наряду с расходом активной энергии на валу двигателя и в самой машине часть энергии, реактивной, периодически возвращается в сеть. Эта часть энергии характеризуется реактивной мощностью Q₁. Коэффициент мощности двигателя равен

Он зависит от момента нагрузки на валу двигателя. При холостом ходе коэффициент мощности

cos = 0,08 - 0,15. С возрастанием нагрузки активная мощность увеличивается, возрастает и cos до 0,75 - 0,95. С дальнейшим возрастанием нагрузки существенно увеличиваются токи статора и ротора, и возрастает реактивная мощность рассеяния. Cos постепенно уменьшается.

Рабочие характеристики асинхронного двигателя.

Механическая характеристика.

Зависимость скорости вращения ротора двигателя от момента, развиваемого им, называется механической характеристикой двигателя

n = f (M_эм), = f (M_эм),

где М_эм - электромагнитный момент, действующий на ротор.

Механической характеристикой является также зависимость S= f(М_эм).

В установившемся режиме M_эм = М, где М - момент на валу.

Известно, что момент можно представить:

Мощность Рэ₂ можно выразить через ток I₂, который легко определяется из схемы замещения. После подстановки получим подобной трансформатору

Из формулы видно, что с возрастанием скольжения S момент вначале возрастает и далее уменьшается. Максимальное значение момента соответствует критическому скольжению S_кр. Приближенно, при можно считать:

где - реактивное сопротивление потока рассеяния.

Для практических целей удобно пользоваться другой формулой момента:

где М_max - максимальное значение момента.

Из формулы видно, что с изменением изменяется ход механической характеристики. Она, например, смещается вниз с увеличением .

Зависимости n, S, M, cos и = f (P₂) при U₁= U_ном = const, f = const,представленные на рис., являются рабочими характеристиками асинхронного двигателя.

К рабочим характеристикам относят также зависимость I₁= f(P₂). Зависимость n=f(P₂) или S=f(P₂) называется скоростной характеристикой. На холостом ходу, т.е. при Р₂ =0, ротор вращается со скоростью . С увеличением мощности нагрузки

Рис.

скорость вращения n уменьшается, а скольжение S растет.

Зависимость M = f(P) называется моментной характеристикой. При отсутствии нагрузки к валу двигателя приложен небольшой момент на преодоление сил трения. Поэтому при Р₂ = 0 М = М_тр. С возрастанием Р кпд вначале возрастает, а в дальнейшем уменьшается, так как при больших токах статора и ротора мощность электрических потерь, пропорциональная квадрату токов, возрастает быстрее мощности P₂.

Так как при холостом ходе I₁ = I₀ и его основной составляющей является намагничивающая составляющая, совпадающая по фазе с магнитным потоком, cos асинхронных двигателей довольно низок - примерно 0,2. С увеличением нагрузки ток статора все в большей степени определяется активной составляющей тока ротора и cos увеличивается. При больших мощностях увеличивается мощность рассеяния.