Искусственные механические характеристики асинхронного двигателя

Искусственные механические характеристики асинхронного двигателя

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД В ПРОКАТНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

Получение искусственных характеристик в асинхронном дви­гателе возможно за счет введения добавочного сопротивления в цепь ротора (у двигателей с контактными кольцами), изменения

Яді>Яд2>Яд!аРис 27 Искусственные механические характеристики асинхронного дви­гателя, полученныеа — введением дополнительного сопротивления в цепь ротора, б — измене­нием напряжения, питающего статор

величины и частоты напряжения, питающего статор. Включение добавочного сопротивления Ял в каждую фазу ротора в соответст­вии с уравнениями (11.83), (11.84) и (II.65) приводит к увеличению

критического скольжения sKl,= > а величину максималь-

Aj т Л2

ного момента Мк и синхронную скорость не изменяет (рис. 27, а). 60

Изменение величины напряжения f/ф, как видно из тех же фор­мул, приводит к изменению максимального момента Мк1 – з и2

= 2(J (х~' + Х'У а величинУ критического скольжения и синхронную

скорость не изменяет (рис 27, б) При этом, как следует из уравне­ния механической характеристики (II 82), при изменении напря­жения сети для двух значений напряжений знаменатель уравнения не изменяется и новая характеристика может быть получена из естественной, если абсциссы последней пересчитать в отношении квадратов напряжений.

-ХГ – = -¥^- (П 88)

Такой расчет справедлив только для небольших изменений на­пряжения, так как при выводе уравнения не учитывалось измене­ние силы тока холостого хода При напряжениях, больших номи­нального, резко возрастает сила тока холостого хода, увеличи­вается насыщение и растет нагрев стали, почему практически повы­шение напряжения не применяют

Большое снижение напряжения приводит к резкому уменьше­нию максимального момента, так как последний пропорционален квадрату напряжения. Изменение частоты питающего напряжения, как видно из тех же формул, приводит к изменению синхронной скорости вращения, максимального момента и критического сколь­жения. Механические характеристики для этого случая рассмот­рены в гл III.

■Ч- В случае подачи на вход разомкнутой одноконтурной системы гармониче­ского колебания синусоидального типа с угловой частотой ш (для удобства сину­соидальную функцию, изображаемую на комплексной плоскости вектором, за­меняют показательной функцией с …

ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕХОДНЫХ РЕЖИМОВ

В замкнутых системах автоматического управления под дей­ствием различных возмущений возникает переходный процесс, характеризующий переход системы из одного установившегося состояния к другому. Характер переходного процесса зависит от свойств и характеристик системы, …

ТИРИСТОРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Электромашинные преобразователи частоты включают вра­щающиеся электрические машины, имеют механический метод управления частотой, громоздки в своем исполнении. Развитие силовой полупроводниковой техники привело к созданию регули­руемых электроприводов переменного тока, получающих питание от …

Источник: https://msd.com.ua/avtomatizirovannyj-elektroprivod-v-prokatnom-proizvodstve/iskusstvennye-mexanicheskie-xarakteristiki-asinxronnogo-dvigatelya/

Построение естественной и искусственной механических характеристик для асинхронного двигателя

Дано:

Построить естественную и искусственную механические характеристики ω = f(M) для асинхронного двигателя, имеющего данные: Рн = 11 кВт, Iн = 41 А, Е2н = 179 В, ωн = 95,3 рад/с, Мкр/Мн = 2,5. Добавочное сопротивление в цепи ротора для получения искусственной характеристики Rд = 0,1 Ом.

Решение:

Определяем номинальный момент:

115,42 Н/м;

Определяем критический момент:

288,56 Н/м;

Определяем скорость холостого хода:

104,72 рад/с;

где      f – частота питающей сети, Гц;

р – число пар полюсов;

Определяем номинальное скольжение:

0,09;

Определяем критическое скольжение:

0,43

где      λ– перегрузочная способность асинхронного двигателя.

Изменяя значение скольжений s от 1 до 0, по формуле рассчитывают значения момента, а по формуле w = wо(1 – s) рассчитывают значения угловой скорости w и заполняем таблицу:

s 1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10
M 209 224,82 240 257 273 285,41 287 270 220 127
ω 0,00 10,47 20,9 31,4 41,89 52,36 62,8 73,3 83,7 94,2 104,7
1,44 0,12 0,10 0,09 0,08 0,06 0,05 0,04 0,03 0,01
Ми 158 145,56 131 116 100 84,87 68,4 51,6 34,5 17,3

Задача №2

Дано:

Определить число пусковых ступеней- m  и величину сопротивления каж­дой ступени, двигателя постоянного тока последовательного возбуждения  при условии, что I1* = 2, I2* = 1,35. Данные двигателя: Рн = 16 кВт, Uн = 220В, ηн= 0,81,IН = 89 А, ωн = 68 рад/с.

Данные универсальной характеристики:

I* 0,4 0,6 1 1,4 1,8 2 2,4
ω* 1,6 1,2 1 0,85 0,75 0,7 0,65

Решение:

Количество ступеней пускового реостата не задано, но исходя из мощности заданного двигателя, предполагаем, что m=2.

Определяем внутреннее сопротивление двигателя:

0,35 Ом;

Определяем общее сопротивление пускового реостата:

0,88 Ом;

при= 0 – скорость в момент пуска.

Определяем значение искусственной скорости при пусковом токе:

28,38 рад/с;

где     47,6 рад/с;

           70,52 рад/с – величины скоростей полученные при помощи универсальных характеристик.

Определяем сопротивление второй ступени:

0,36 Ом;

Определяем значение искусственной скорости второй ступени:

53,5 рад/с;

При заданных моментах вторая ступень используется недостаточно эффективно, поэтому полагаем возможным уменьшить пусковой ток до 1,95.


Задача №3

Дано:

            Определить мощность двигателя, работающего по графику:

I1 = 50A                                              t1=4c

I2= 32 A                                             t2 = 12с

I3 = 46А                                             t3 = 5c .      

Uн = 220B                                          t0 = 36c

Решение:

Определяем значение эквивалентного тока на треугольном участке:

А;

Определяем полный эквивалентный ток:

21,44 Нм;

Определяем расчётную мощность:

4,72 кВт.


Задача №4

Регулирование частоты вращения двигателя независимого возбуждения в системе Г-Д (привести схему).

Система «генератор двигатель».

В этой системе, схема которой показана на рисунке 1, а, якорь 4 двигателя непосредственно присоединяется к якорю 3 генератора, образующего вместе с при­ водным двигателем 1 электромашинный выпрямитель 2 трехфазного пере­менного тока в постоянный, вращающийся со скоростью ωг.

Регулирование напряжения на якоре двигателя проис­ходит за счет изменения тока возбуж­дения генератора г с помощью потен­циометра 8, при этом изменяется ЭДС генератора Е и соответственно напряжение на якоре двигателя U.

Регулирование напряжения в этой систе­ме может сочетаться с воздействием на магнитный поток двигателя, что обеспечит двухзонное регулирование скорости.

Регулирование магнитного потока двигателя осуществляется изменением Iвд за счет включения в цепь обмотки 5 возбуждения двигателя резистора б. В замкнутых ЭП питание обмотки 7 возбуж­дения генератора происходит от регулируемого источника посто­янного тока, например полупроводникового УВ. Характеристики системы Г – Д соответствуют приведенным на рисунке 1, б.

Основными достоинствами системы Г – Д являются большой ди­апазон и плавность регулирования скорости двигателя, высокая же­сткость и линейность характеристик, возможность получения всех энергетических режимов работы, в том числе и рекуперативного тор­можения. В то же время для нее характерны такие недостатки, как утроенная установленная мощность системы, низкий КПД, инерци­онность процесса регулирования скорости, шум при работе.


Задача №5

Начертить схему прямого пуска синхронного двигателя низкого напря­жения. Пояснить работу схемы.

При неподвижном роторе и подключении обмотки статора к сети переменного тока и обмотки возбуждения к источнику постоянно­го тока из-за постоянно изменяющихся взаимных направлений маг­нитных полей статора и ротора СД будет развивать не постоянный по направлению, а знакопеременный вращающий момент, а следо­вательно, не сможет разогнаться до синхронной скорости ωо без при­менения специальных мер по его запуску.

Источник: https://vunivere.ru/work29769

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Cтраница 1

Искусственная механическая характеристика двигателя показана на рис. 14.8 пунктирной линией.  [1]

Механические характеристики двигателей.  [2]

Различаютестественные и искусственные механические характеристики двигателя. Под естественной понимают характеристику, которую имеет двигатель, подключенный без дополнительных сопротивлений к сети с напряжением, равным номинальному напряжению двигателя.

При переменном токе, кроме того, частота сети должна быть равна номинальной частоте двигателя. Все другие механические характеристики ( при включении в схему добавочных сопротивлений, при напряжении или частоте, отличающихся от номинальных) называют искусственными.

 [3]

Жесткостьискусственных механических характеристик двигателей постоянного и переменного токов отличается от жесткости естественных характеристик и зависит от способа регулирования скорости. Это существенно влияет на стабильность скорости при работе привода с переменной нагрузкой.  [4]

Естественная илиискусственная механическая характеристика двигателя может быть построена по двум точкам.  [5]

Точный расчетискусственных механических характеристик двигателя в установившемся режиме является сложной и по существу невыполнимой задачей.  [6]

Эта зависимость дает возможность построитьискусственные механические характеристики двигателя. По естественной характеристике строится пограничная ngf ( t), а по формуле ( 13) и пограничной характеристике – любая искусственная.  [7]

Полагаем, что естественная иискусственные механические характеристики двигателя прямолинейны.  [8]

Продолжая рассмотренный выше пример, построимискусственную механическую характеристику двигателя АК82 – 4 с магнитными усилителями УСО-20, проходящую через точку с координатами Мс.  [9]

Схема управления должна прежде всего обеспечивать требуемую жесткостьискусственных механических характеристик двигателя на всем диапазоне регулирования скорости и ограничение тока якоря в переходных режимах.  [10]

По результатам расчета на рис. 10.37, а изображенаискусственная механическая характеристика двигателя.  [12]

Хотя полной компенсации изменения скорости вращения двигателя 8Д, вызванного изменением нагрузки на валу, при таком способе стабилизации не происходит, все же жесткостьискусственной механической характеристики двигателя 8Д существенно возрастает, а отклонения скорости относительно установившегося значения соответственно значительно снижается.  [13]

Читайте также:  Требования к электротехническому персоналу
Схема электропривода ( вариант Л 3.  [14]

Тот же эффект может быть получен, если использовать две обмотки управления и, снимая напряжение с шунта в цепи якоря двигателя, создать дополнительную положительную обратную связь по току якоря, увеличивающую жесткостьискусственных механических характеристик двигателя.  [15]

Страницы:      1    2

Источник: http://www.ngpedia.ru/id575673p1.html

Механические характеристики асинхронного электродвигателя

Анализ работы асинхронного электродвигателя удобно про­водить на основе его механических характеристик, представ­ляющих собой графически выраженную зависимость вида п = f(М).

Скоростными характеристиками в этих случаях пользуются весьма редко, так как для асинхронного электродвига­теля скоростная характеристика представляет собой зависи­мость числа оборотов от тока ротора, при определении которого встречается ряд трудностей, особенно, в случае асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором.

Для асинхронных электродвигателей, так же как и для электродвигателей постоянного тока, различают естественные и искусственные механические характеристики.

Асинхронный электродвигатель работает на естественной механической ха­рактеристике в том случае, если его статорная обмотка подключена к сети трехфазного тока, напряжение и частота тока которой соответствует номинальным значениям, и если в цепь ротора не включены какие-либо дополнительные сопро­тивления.

На рис. 42 была приведена зависимость М = f(s), которая позволяет легко перейти к механической характеристике n = f(M), так как, согласно выражению (82), от величины скольжения зависит скорость вращения ротора.

Подставив формулу (81) в выражение (91) и решив полу­ченное уравнение относительно п2 получим следующее уравне­ние механических характеристик асинхронного электродвигателя

Член r1s опущен, ввиду его малости. Механические харак­теристики, соответствующие это­му уравнению, приведены на рис. 44.

Для практических построений уравнение (95) неудобно, поэто­му на практике обычно пользу­ются упрощенными уравнениями.

Так, в случае работы электродвигателя на естественной ха­рактеристике при вращающем моменте, не превышающем 1,5 его номинального значения, сколь­жение обычно не превышает 0,1.

Поэтому для указанного случая в уравнении (95) можно пренебречь членом x2 s2 /kr’2·M , в результате чего получим следующее упрощенное уравнение естествен­ной характеристики:

являющееся уравнением прямой линии, наклоненной к оси абсцисс.

Хотя уравнение (97) является приближенным, опыт пока­зывает, что при изменениях момента в пределах от М = 0 до М=1,5Мн характеристики асинхронных электродвигателей действительно прямолинейны и уравнение (97) дает результа­ты, хорошо согласующиеся с опытными данными.

При введении в цепь ротора дополнительных сопротивлений характеристику п = f(М) с достаточной для практических це­лей точностью также можно считать прямолинейной в указанных пределах для вращающего момента и производить ее построение по уравнению (97).

Таким образом, механические характеристики асинхронного электродвигателя в диапазоне от М = 0 до М = 1,5 Мн при раз­личных сопротивлениях роторной цепи представляют семейство прямых, пересекающихся в одной точке, соответствующей син­хронному числу оборотов (рис.

45). Как показывает уравнение (97), наклон каждой характеристики к оси абсцисс определя­ется величиной активного сопротивления роторной цепи r’2. Очевидно, чем больше сопротивле­ние, введенное в каждую фазу ро­тора, тем больше наклонена к оси абсцисс характеристика.

Как указывалось, обычно на практике скоростными характери­стиками асинхронных электродвига­телей не пользуются. Расчет же пусковых и регулировочных сопро­тивлений производят с помощью уравнения (97). Построение естест­венной характеристики можно вы­полнить по двум точкам — по синхронной скорости n­1= 60f /р при ну­левом моменте и по номинальной скорости при номинальном моменте.

Следует иметь в виду, что для асинхронных электродвигателей зависимость момента от тока ротора I2 носит более слож­ный характер, чем зависимость момента от тока якоря для

электродвигателей постоянного тока. Поэтому скоростная ха­рактеристика асинхронного двигателя неидентична механиче­ской характеристике. Характеристика п = f(I2) имеет вид, показанный на рис. 46. Там же дана характеристика n = f (I1).

Источник: http://vdvizhke.ru/jelektrodvigateli/asinhronnye-jelektrodvigateli/mehanicheskie-harakteristiki-asinhronnogo-jelektrodvigatelja.html

Механическая характеристика асинхронного двигателя

Механической чертой мотора именуется зависимость частоты вращения ротора от момента на валу n = f (M2). Потому что при нагрузке момент холостого хода мал, то M2 ≈ M и механическая черта представляется зависимостью n = f (M). Если учитывать связь s = (n1 — n) / n1, то механическую характеристику можно получить, представив ее графическую зависимость в координатах n и М (рис. 1).

Рис. 1. Механическая черта асинхронного мотора

Естественная механическая черта асинхронного мотора соответствует основной (паспортной) схеме его включения и номинальным характеристикам питающего напряжения. Искусственные свойства получаются, если включены какие-либо дополнительные элементы: резисторы, реакторы, конденсаторы. При питании мотора не номинальным напряжением свойства также отличаются от естественной механической свойства.

Механические свойства являются очень комфортным и полезным инвентарем при анализе статических и динамических режимов электропривода.

Пример расчета механической свойства асинхронного мотора

Трехфазный асинхронный движок с короткозамкнутым ротором питается от сети с напряжением = 380 В при = 50 Гц. Характеристики мотора: Pн= 14 кВт, nн= 960 об/мин, cosφн= 0,85, ηн= 0,88, кратность наибольшего момента kм= 1,8.

Найти: номинальный ток в фазе обмотки статора, число пар полюсов, номинальное скольжение, номинальный момент на валу, критичный момент, критичное скольжение и выстроить механическую характеристику мотора.

Решение. Номинальная мощность, потребляемая из сети

P1н =Pн / ηн = 14 / 0,88 = 16 кВт.

Номинальный ток, потребляемый из сети

Число пар полюсов

p = 60 f / n1 = 60 х 50 / 1000 = 3,

где n1 = 1000 – синхронная частота вращения, наиблежайшая к номинальной частоте nн= 960 об/мин.

Номинальное скольжение

sн = (n1 — nн) / n1 = (1000 — 960 ) / 1000 = 0,04

Номинальный момент на валу мотора

Критичный момент

Мк = kм х Мн = 1,8 х 139,3 = 250,7 Н•м.

Критичное скольжение находим подставив М = Мн, s = sн и Мк / Мн = kм.

Для построения механической свойства мотора при помощи n = (n1 — s) определим соответствующие точки: точка холостого хода s = 0, n = 1000 об/мин, М = 0, точка номинального режима sн = 0,04, nн = 960 об/мин, Мн = 139,3 Н•м и точка критичного режима sк = 0,132, nк = 868 об/мин, Мк =250,7 Н•м.

Для точки пускового режима sп = 1, n = 0 находим

По приобретенным данным строят механическую характеристикумотора. Для более четкого построения механической свойства следует прирастить число расчетных точек и для данных скольжений найти моменты и частоту вращения.

Школа для электрика

Источник: http://elektrica.info/mehanicheskaya-harakteristika-asinhronnogo-dvigatelya/

Механические характеристики электродвигателей

45976

Механические характеристики электродвигателей

Лекция

Физика

Скорость почти всех электродвигателей является убывающей функцией момента двигателя, то есть с увеличением момента скорость уменьшается [чил 33]. Но степень изменения скорости у разных электродвигателей различна и характерезуется параметром жесткость механические характеристик.

Русский

2014-03-28

86.95 KB

85 чел.

ТЕМА ЛЕКЦИИ 10

Механические характеристики электродвигателей

ПЛАН ЛЕКЦИИ

1.Естественные и искусственные механические характеристики электродвигателей

  1.  Жесткость механических характеристик 
  2.  Естественная механическая характеристика двигателя постоянного тока параллельного возбуждения
  3.  Естественная механическая характеристика двигателя постоянного тока последовательного возбуждения
  4.  Естественная механическая характеристика асинхронного двигателя
  5.  Механическая характеристика синхронного двигателя. Область применения синхронных двигателей на судах

Механической характеристикой двигателя, независимо от рода тока, называют зависимость угловой скорости вала электродвигателя ω (далее – двигателя) от электромагнитного момента двигателя , т.е зависимость        ω ().

Здесь следует сделать важное замечание: в соответствии с уравнением моментов, в установившемся режиме   = , электромагнитный момент двигателя уравновешивается статическим моментом (моментом сопротивления) механизма. Это означает, что величина электромагнитного момента двигателя полностью зависит от момента механизма – чем больше тормозной момент механизма, тем больше вращающий момент двигателя, и наоборот.

       То есть, для любого двигателя входной величиной является момент механизма, а выходной – его скорость.

Скорость почти всех электродвигателей является убывающей функцей момента двигателя, то есть с увеличением момента скорость уменьшается [чил 33]. Но степень изменения скорости у разных электродвигателей различна и характерезуется параметром жесткость механические характеристик.

Жёсткость механические характеристик электропривода β – это отношение разности электромагнитных моментов двигателя при разных скоростях к соответствующуй разности угловых скоростей электропривода.

β = (М2 – М1)/( ω2 – ω1)= Δ / Δω

Обычно на рабочих участках механические характеристики электродвигателей имеют отрицательную жёсткость  β < 0,  так как( ω2< ω1,

М1 90°), электромагнитный момент двигателя станет уменьшаться (отрезок АВ угловой характеристики), т.е. этот момент окажется меньше тормозного момента механизма. В результате скорость ротора двигателя станет уменьшаться, и в конце концов ротор остановится.

Поскольку при этом скорость ротора меньше  скорости вращающегося магнитного поля обмотки статора, говорят, что двигатель выпал из синхронизма.

Как следует из угловой характеристики двигателя, условие выпадения двигателя из синхронизма такое: θ≤90°.

На практике номинальный угол θ= 20…40°.

Область применения синхронных двигателей: на судах – в качестве гребных электродвигателей, вращающих винты; на берегу – для привода мощных механизмов, например, компрессоров на газоперекачивающих станциях.

Естественная механическая характеристика двигателя постоянного тока

Естественная механическая характеристика двигателя постоянного тока паралельного возбуждения ( рис. 8.5 ) – жёсткая, потому что ее жёсткость

β = Δ / Δω ≤ 10%.

Рис. 10.2 Естественная механическая характеристика двигателя постоянного тока параллельного возбуждения

Это означает, что при изменении электромагнитного момента двигателя в широких пределах его скорость достаточно стабильна (т.е. изменяется незначительно).

Читайте также:  Что такое гальваническая развязка

Такие двигатели применяются там, где при изменении нагрузки механизма в широких пределах скорость двигателя не должна изменяться резко   – в электроприводах насосов, вентиляторов и т.п.

Рис. 10.3  Естественная механическая характеристика двигателя постоянного тока последовательного возбуждения

Естественная механическая характеристика двигателя постоянного тока последовательного возбуждения (рис. 10.3  ) – мягкая, потому что ее жёсткость

β = Δ  / Δω > 10%.

Это означает, что при изменении электромагнитного момента двигателя даже в небольших пределах его скорость изменяется значительно.

Напомним две характерные особенности этого двигателя двигателя постоянного тока последовательного возбуждения:

  1.  При уменьшении механической нагрузки на валу или ее отсутствии             ( = )

скорость двигателя резко увеличивается, двигатель «идет вразнос». Поэтому этот двигатель нельзя оставлять без нагрузки на валу;

  1. При пуске двигатель развивает пусковые моменты больше, чем у двигателей других типов.

Эти двигатели не применяются на судах, но применяются на берегу, например, в электротранспорте, в частности, в троллейбусах, где они не остаются без нагрузки на валу и где нужны большие пусковые моменты (при трогании троллейбуса с места).

Рис. 10.4 Естественные механические характеристики двигателей постоянного тока смешанного возбуждения: 1 с – параллельно-последовательным возбуждением;

2 – с последовательно –параллельным возбуждением

Естественная механическая характеристика двигателя постоянного тока смешанного возбуждения промежуточная  между характеристиками двигателей паралельного и последовательного возбуждения, т.к. магнитный поток возбуждения создается совместным действием обеих обмоток – параллельной и последовательной.

Различают два вида двигателей смешанного возбуждения:

  1.  с паралельно – последовательным возбуждением, у которых основную часть результирующего магнитного потока создает параллельная обмотка (до 70%, остальные 30%  –последовательная);

2. с последовательно – параллельным возбуждением, у которых основную часть результирующего магнитного потока создает последовательная обмотка (до 70%, остальные 30%  –параллельная).

Поэтому график  механической  характеристики двигателя первого вида более жесткий, чем у  двигателя второго вида.

Обе механические характеристики  – мягкие, потому что их жесткость

β = Δ / Δω > 10%.

На судах двигатели смешанного возбуждения применяются в регулируемых электроприводах – лебедках, кранах, брашпилях и шпилях.

Естественная механическая характеристика асинхронного двигателя

Естественная механическая характеристика асинхронного двигателя имеет два участка – нерабочий (разгонный) АВ и рабочий  ВСD (рис. 8.8).

Рис. 10.5 Естественная механическая характеристика асинхронного двигателя

При пуске двигатель развивает пусковой  момент (отрезок ОА), после чего разгоняется по траектории АВС до точки С.

При этом на участке АВ одновременно увеличиваются как скорость, так и момент, в точке В двигатель развивает максимальный момент . На участке ВС  скорость продолжает  увеличиваться, а момент уменьшается, до номинального (точка С).

На участке BC двигатель перегружен, т.к. в любой точке этого участка электромагнитный момент двигателя больше номинального ( > > ).

В нормальних условиях двигатель работает на участке СD, жесткость которого  

β = Δ / Δω<\p>

Источник: http://5fan.ru/wievjob.php?id=45976

Характеристики электродвигателей

Правильный  выбор электродвигателя для производственного механизма – залог его нормальной и экономичной работы.

Если электродвигатель подобран правильно, это упростит систему управления электроприводом и возможно удешевит стоимость электропривода.

Как известно электропривод должен обеспечивать не только постоянство установившихся значений (скорость, момент), но и динамических (переходных процессов, таких как ускорение, тормозной момент, пусковой момент и т.д.).

Основным критерием для подбора электродвигателей используют зависимость, на которой отображают значение момента М электродвигателя и скорости вращения вала n при действии этого момента.

Такая зависимость имеет название механическая характеристика n=f(M).

По механическим характеристикам производят анализ электромеханических свойств двигателя, а также оценивают целесообразность применения его для различного рода механизмов и устройств. Они могут быть двух видов: естественные и искусственные.

Естественные механические характеристики: они снимаются при влиянии на двигатель номинальных параметров (номинальный ток, сопротивление обмоток, напряжение, момент сопротивления и т.д.). То есть двигатель подключается к источнику питания без каких-либо преобразовательных устройств – прямым включением.

Искусственные механические характеристики: их снимают при введении в цепь двигателя дополнительных элементов (резистор добавочный) или при пониженном напряжении питания, частоте (если двигатель переменного напряжения) и т.д. То есть на механическую характеристику двигателя производят искусственное влияние.

Также различают механические характеристики по изменению скорости вращения вала в зависимости от увеличения момента. Они оцениваются по жесткости:

и крутизне наклона:

Чтоб определить жесткость механической характеристики необходимо знать изменение скорости и момента на заданном участке зависимости n=f(M). Соответственно все расчеты жесткости ведутся либо в процентах, либо в относительных единицах.

Также механические характеристики можно отсортировать по группам:

  • Абсолютно жесткая – при изменении момента нагрузки, скорость вращения вала остается неизменной. Как пример – характеристика синхронной машины.
  • Жесткая – когда скорость уменьшается немного при увеличении момента нагрузки. Как пример, двигатели постоянного тока независимого возбуждения ДПТ НВ или линейная часть характеристики асинхронного двигателя.
  • Мягкая – при увеличении момента нагрузки изменения в скорости вращения довольно существенные. К таким относят двигатели постоянного тока последовательного возбуждения ДПТ ПВ.

Ниже приведен график различных механических характеристик электродвигателей:

  1. – это абсолютно жесткая синхронной машины
  2. – жесткая ДПТ НВ
  3. —  мягкая ДПТ ПВ
  4. – мягкая ДПТ смешанного возбуждения
  5. – асинхронного двигателя

Подбор электродвигателя определяется требованиями производственных механизмов. В таком производстве как прокатка металла, изготовление бумаги или картона, требуется четкое поддержание постоянства скорости, а такие механизмы, как подъемные и транспортные, не требуют жестких характеристик (в тяговых электроприводах используется ДПТ ПВ, также он применяется в некоторых крановых механизмах).

Источник: http://elenergi.ru/xarakteristiki-elektrodvigatelej.html

Анализ механической характеристики асинхронной машины

Почему механическая характеристика асинхронной машины S=f(M) рис.9 имеет такой ярко выраженный нелинейный характер c двумя экстремумами? Чтобы ответить на этот вопрос, вновь вернем­ся к формуле электромагнитного момента (49) M = CM Фm I2 cosψ2 .

Если в этом выражении принять магнитный поток примерно постоянным Фm≈const, то при малых скольжения S, когда cosψ2 изменяется мало рис.8, момент двигателя при увеличении скольже­ния изменяется примерно так же, как и ток I /2 рис.7.

В области больших скольжении интенсивность увеличения тока I /2 c ростом скольжения уменьшается, и момент двигателя уменьшается примерно по тому же закону, что и cosψ2. Максимальный момент наступает при критическом скольжении SK.

Чтобы найти значения критического скольжения SK и критического момента МK, продифференцируем выражение для электромагнитного момента (56) по скольжению S и приравняем полу­ченное выражение к нулю

Анализ полученного выражения показывает, что оно обратится в нуль, если

r /22 – r 21 S2 – S2 (x1 + x /2)2 = 0

или r /22 = S2 [r 21 + (x1 + x /2)2].

Рис.9. Механические характеристики асинхронной машины а – зависимость M=f(S), б – зависимость S=f(M)

Тогда критическое скольжение SK, при котором момент асинхронной машины имеет максимальное значение, равно

(57)

где xK=x1+x2’;

знак (+) соответствует работе асинхронной машины в качестве двигателя, знак (-) – в качестве генератора. Подставляя положительное значение SK (57) в выражение для электромагнитного момента (56), получим выражение для критичес­кого момента в двигательном режиме

Раскроем круглые скобки в знаменателе полученного выражения и разделим числитель и знаменатель на получим

(58)

Подставляя отрицательное значение SK (57) в выражение для электромагнитного момента (56),

получим аналогичное выражение для критического момента асинхронной машины в генераторном режи­ме

(59)

Найдем отношение критических моментов асинхронной машины в гене­раторном и двигательном режимах

(60)

где (61)

Таким образом, значение критического момента в генераторном ре­жиме больше, чем в двигательном, что обусловлено влиянием паде­ния напряжения на активном сопротивлении обмотки статора.

В практических расчетах удобно выражать электромагнитный момент M в долях от максимального момента Mкд

В полученном выражении числитель и знаменатель разделим на

(62)

(63)

Если принять r1=0, тогда ε=0, формула (63) упростится и примет вид

(64)

Это выражение впервые было получено М. Клоссом и известно в тех­нической литературе как формула Клосса. Задаваясь значениями скольжения S, можно построить механическую характеристику асинхронного двигателя.

Одним из важнейших эксплуатационных параметров асинхрон­ного двигателя является кратность максимального момента или пере­грузочная способность двигателя λМ, которая равна отношению критического момента к номинальному при номинальном напряжении

λМ=МКД/МНОМ (65)

Для двигателей разных мощностей и угловых скоростей вращения общепромышленной серии кратность максимального момента составля­ет λМ=1,7…2,2. Крановые двигатели отличаются более высокой кратностью максимального момента λМ=2,3..3,4.

Другим важным эксплуатационным параметром асинхронного дви­гателя является пусковой момент МП, который получается из об­щей формулы (56) при S=1

(66)

Максимальное значение момента при пуске равно моменту критическому (при SK=1), что достигается, примерно, при условии равен­ства активного сопротивления в цепи ротора и суммы индуктивных сопротивлений рассеяния, т.е.

r2’+rдоб≈x1+x2’=xK. В таб­лицах, как правило, приводят значения момента при пуске двигате­ля по отношению к номинальному моменту, т.е. MП/МНОМ. Для двигате­лей общепромышленного назначения эта величина составляет MП/МНОМ=1..1,2.

Читайте также:  Тонкопленочные солнечные батареи

3. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ АСИНХРОННОЙ МАШИНЫ

Электрическая машина проектируется и изготавливается для определенного расчетного режима, называемого номинальным режимом работы.

Этот режим реализуется в естественной схеме включения асинхронной машины при отсутствии добавочных сопротивлений в це­пях статора и ротора и при номинальных значениях напряжения U1НОМ и частоты f1НОМ.

Механическая статическая характерис­тика асинхронного двигателя, соответствующая этим условиям, называется естественной характеристикой.

Процессы управления и регулирования электроприводов сводят­ся к изменению характеристик двигателя путем изменения схем сое­динения обмоток, введения в цепи статора и ротора добавочных сопротивлении, изменения напряжения и частоты источника питания. Механические характеристики, получаемые в этих случаях, называются искусственными характеристиками асинхронного двигателя.

Источник: https://cyberpedia.su/4x27e9.html

Характеристики асинхронного двигателя

К энергетическим характеристикам асинхронного двигателя относятся КПД двигателя(η) коэффициент мощности (cosφ) и скольжение S. коэффициент полезного действия (η) вычисляется как отношение полезной мощности на валу двигателя Р2 кВт, к активной мощности, потребляемой двигателем из сети Р1 кВт;

η = Р2/ Р1 коэффициент мощности (cos(φ)вычисляется как отношение потребляемой активной мощности Р1 кВт, к полной мощности, потребляемой из сети S1 кВА;

По ГОСТ Р. 51677-2000 асинхронные двигатели общепромышленного назначения делятся на двигатели с нормальным КПД и двигатели с повышенным КПД.

У асинхронных двигателей с повышенным КПД, суммарные потери не меньше, чем на 20%, чем у двигателей с нормальным КПД такой же мощности и частоты вращения. Коэффициенты мощностей (cosφ) асинхронных двигателей определены в ГОСТ.Р 51677.

Значения КПД и cosφ конкретного асинхронного двигателя можно узнать по каталогу или по шильдику.

Причем КПД и cosφ асинхронного двигателя определяются и нагрузкой машины. В справочниках по электрическим машинам можно увидеть эти зависимости.

Линейный ток двигателя можно определить исходя из номинальной полезной мощность (Р2, кВт), номинального напряжения (UH, В ), КПД (η) и cosφ.

Мощность, потребляемая из сети можно определить из формулы:

Скольжение вычисляется как разницу между номинальной n1 и синхронной nc частотой вращения двигателя, приведенной к номинальной скорости двигателя n1:

Номинальную частоту вращения ротора n1 или скольжение (S, %)можно определить по каталогу двигателя или прочесть на его шильдике.

Механические и пусковые характеристики асинхронного двигателя

Одной из основных характеристик асинхронного двигателя, является механическая характеристика.

Механической характеристикой называют зависимость скорости вращения или скольжения от вращающего момента на валу двигателя. Она позволяет сравнить и согласовать механические свойства двигателя и рабочего механизма.

Соответственно, зависимость скорости вращения или скольжения от тока статора называют электромеханической характеристикой.

Механическая характеристика асинхронного двигателя определяет зависимость момента на валу двигателя от скольжения, при сохранении неизменного напряжении и частоты питающей сети

Пусковые характеристики определяют величину пускового моментаMп, минимального момента Мmin, максимального или критического момента Мкр., пускового тока Iп или пусковой мощности Sп или их отношениями. Диаграмма момента, приведенного к номинальному моменту, от скольжения получила название относительной механической характеристики.

Номинальный вращающий момент можно определить по формуле:

P2н- номинальная мощность , кВт,
N1н- номинальная частота вращенияю, об/мин.

Пусковые характеристики асинхронного двигателя

Пусковые характеристики асинхронного двигателя регламентирует ГОСТ 28327 ( МЭК 60034 — 12), а их значения приводятся в каталогах. Стандартные асинхронные двигатели могут иметь два исполнения по механическим характеристикам, которые определены в ГОСТ 28327 и МЭК 60034-12: N – двигатели с нормальный моментом;

Н –двигатели с повышенным моментом.

Двигатели , изготовленные в исполнении N, рассчитывают на два последовательных пуска с остановкой между пусками из холодного состояния или на один пуск из нагретого состояния, после работы при номинальной нагрузке.

Момент сопротивления нагрузки при запуске прямо пропорционален квадрату частоты вращения и равняется номинальному моменту при номинальной частоте вращения, а значение внешнего момента инерции, γ , кг*м2, не должно превышать рассчитанного по формуле

где Р-номинальная мощность двигателя, кВт;
р — число пар полюсов;

При построении характеристики предполагается, что момент сопротивления нагрузки остается постоянным и равен номинальному моменту. Кроме того он не зависит от частоты вращения. Значение же внешнего момента инерции не превышаетт 50% величины, полученной по приведенной выше формуле.

Механические характеристики асинхронных мшин зависят в том числе и от типа ротора, его номинальной мощности, и от числа пар полюсов.

Ввиду того, что разность в значениях момента при соответствующих скольжениях у двигателей с различным числом пар полюсов невелика, и не превышает значения поля допуска на моменты. Различные механические характеристики для разных исполнений асинхронных двигателей показаны на рис

1 — исполнение N; 2 — исполнение Н; 3 — с повышенным скольжением. Механические характеристики группы двигателей, одной серии, или ее части обычно укладываются в некоторую зону. По средней линии этой зоны можно составить групповую механическую характеристику. Величина зоны групповой характеристики меньше поля допуска двигателей на моменты.

Источник: http://eprivod.com/xarakteristiki-asinxronnogo-dvigatelya

Механическая характеристика асинхронного двигателя – Help for engineer | Cхемы, принцип действия, формулы и расчет

К режимам работы асинхронного двигателя относятся (см. рисунок 1):

– двигательный режим;
– генераторный режим;
– режим противовключения;
– режим динамического торможения;
– режим холостого хода.

Рисунок 1 – Механическая характеристика асинхронного двигателя

Двигательный режим

Основным режимом работы асинхронного двигателя является двигательный режим, рассмотрим работу асинхронной электрической машины на примере рисунка ниже:

В этой статье мы не станем рассматривать, как происходит возбуждение обмоток и начало движения, почитать про то, как создается магнитное моле в асинхронном 3-х фазном двигателе Вы можете тут.

Начало движения происходит из точки 1 с определённым пусковым моментом Мп, который зависит от параметров самого асинхронного двигателя, обычно отношение к номинальному будет равно:

Далее происходит постепенный разгон до точки 2, которая имеет критический (максимальный) момент двигателя Мкр, после чего двигатель будет переходить в точку 3, которая является точкой номинальной работы электрической машины, в ней момент и скорость вращения вала равны номинальному моменту Мн и скорости n2 соответственно. Так же необходимо подметить, что действительный номинальный момент может не соответствовать тому, который указан на шилдике двигателя, это различие будет мало, оно зависит от характера и величины нагрузки на валу, износа внутренних деталей двигателя и т.д.

В номинальном режиме работы скорость вращения вала меньше скорости вращения магнитного поля, создаваемого статорной обмоткой, поэтому справедливо неравенство:

где n1 – скорость вращения магнитного поля статора;
n2 – скорость вращения вала.

Относительная разность этих скоростей является таким понятием как – скольжение асинхронного двигателя, которое рассчитывается по формуле:

Скольжение во время работы в двигательном режиме будет меньше единицы, и чем оно ближе к номинальной точке работы, тем становится меньше, и для этого справедливо неравенство:

Режим холостого хода

Холостой ход асинхронного двигателя имеет место в том случае, если на валу отсутствует нагрузка в виде рабочего органа или редуктора. При сборке нового двигателя всегда проводится испытания холостого хода, для того что бы определить потери в подшипниках, вентиляторе и магнитопроводе, а так же узнать значения намагничивающего тока. Во время холостого хода скольжение составляет: S=0,01÷0,08.

Следует заметить, что так же существует режим идеального холостого хода, при котором n2=n1, что практически реализовать невозможно, даже если учесть, что нет силы трения в подшипниках.

На самом деле, суть заключается в том, что асинхронному двигателю необходимо, чтобы ротор отставал от магнитного вращающегося поля статора.

При отставании поле статора индуцирует магнитное поле в ротор, что заставляет его вращаться за полем статора.

Генераторный режим

Для того чтобы перейти в данный режим, нужно двигатель разогнать с помощью некоторого внешнего воздействия, к примеру, другим двигателем, до скорости, которая превышала бы скорость вращения магнитного поля статора.

В результате изменилось бы направление тока и ЭДС в роторной обмотке и асинхронный двигатель перешел бы в генераторный режим. При этом условии также изменит направление и электромагнитный момент, который в данном режиме работы будет тормозным.

Следует заметить, что в генераторном режиме скольжение S

Для работы асинхронного двигателя в генераторном режиме необходим источник реактивной мощности, который создает магнитное поле. При отсутствии поле создают с помощью постоянных магнитов, или же за счет остаточной индукции машины и параллельно подключенных к фазам обмотки статора конденсаторам при активной нагрузке.

В генераторном режиме двигатель потребляет большое количество реактивного тока, из-за чего необходимо наличие в сети генераторов реактивной мощности: синхронных компенсаторов, синхронных машин.

Данный режим используется довольно часто, к примеру, в эскалаторах и пассажирских лифтах (в зависимости веса в кабине и противовеса), которые едут вниз.

Источник: https://h4e.ru/elektricheskie-mashini/99-mehanicheskaya-harakteristika-asinhronnogo-dvigatelya

Ссылка на основную публикацию