Материал: 2416

Номинальное значение частоты вращения ротора n2н, соответствующее расчетным значениям нагрузки, частоты и напряжения сети, указывается заводом-изготовителем на корпусе двигателя.

Для различных двигателей в номинальном режиме Sн=0,02–0,08. От величины скольжения зависит частота тока в обмотке ротора

где Е2к – ЭДС при неподвижном роторе (является параметром двигателя).

Таким образом, ЭДС, наводимая в обмотке ротора вращающимся магнитным полем, прямо пропорциональна величине скольжения.

7.5. Механические характеристики асинхронного двигателя

Эксплуатационные параметры асинхронного двигателя наглядно иллюстрируются механическими характеристиками.

Механические характеристики М=f(S) и n2=f(M) могут быть рассчитаны и построены в соответствии с уравнением

где М – вращающий момент; U1Ф – фазное напряжение статорной обмотки; S – скольжение; R1, X1 – значения активного и индуктивного сопротивлений статорной обмотки; R2′, X 2′ – приведенные значения

активного и индуктивного сопротивлений роторной обмотки; f1 – частота напряжения питания статорной обмотки; р – число пар полюсов;

Ω0 = 2πpf1 – угловая скорость вращения магнитного поля.

По зависимости М=f(S) легко построить характеристику n2=f(M). Для построения механической характеристики по уравнению (7.9) необходимо произвести расчет параметров электрической цепи обмоток статора и ротора. Для расчета эти данные можно найти лишь

вполных каталогах асинхронных машин.

Вэксплуатационных условиях для расчета и построения механических характеристик по паспортным данным пользуются упрощенной формулой

150

где Мкр – критический (максимальный) вращающий момент, который может развивать двигатель; Sкр – скольжение, соответствующее критическому моменту.

где λ – коэффициент перегрузки по моменту; Мн – номинальный момент двигателя.

Зная Мкр и Sкр и задаваясь значениями скольжения S в пределах от 0 до 1, по уравнению (7.10) рассчитывают и строят механическую характеристику двигателя М=f(S).

S=0, n1 1 2

Sн, n2н

3

Sкр, n2кр

Рис. 7.8. Механическая характеристика асинхронного двигателя

Механическую характеристику n2=f(M) (рис. 7.8) можно получить из характеристики М=f(S), учитывая, что

151

где n1 – частота вращения магнитного поля.

На графике механической характеристики (см. рис. 7.8) можно выделить четыре основные точки: 1) S=0, n2=n1, M=0; 2) S=Sн, n2=n2н,

M=Mн; 3) S=Sкр, n2=n2кр, M=Mкр; 4) S=1, n2=0, M=Mп (Mп – пусковой момент).

Точка 1 соответствует режиму идеального холостого хода, когда отсутствует момент сопротивления на валу двигателя, возникающий за счет полезной нагрузки, трения в подшипниках, сопротивления воздуха.

Точка 2 соответствует номинальному режиму работы двигателя. Точка 3 соответствует критическому режиму, когда двигатель развивает максимально возможный момент. При увеличении момента нагрузки двигатель выходит из рабочего режима и останавливается.

Точка 4 соответствует пусковому режиму двигателя. Ток ротора по закону Ома определяется выражением

где Е2 – ЭДС ротора; R2 и Х2 – соответственно активное и индуктивное сопротивления обмотки ротора.

Х2, как и Е2, достигает наибольшего значения Х2к в момент пуска при S=1, т.е.

С учетом уравнений (7.8) и (7.16) выражение (7.15) примет вид

где Х2к – приведенное индуктивное сопротивление ротора.

Из уравнения (7.17) видно, что ток I2 достигает наибольшего значения при S=1, т.е. в момент пуска двигателя.

Линейный участок механической характеристики, на котором n2кр<n2<n1, является рабочим (см. рис. 7.8). Участок механической характеристики, на котором 0<n2<n2кр, характеризует изменение вращающего момента и частоты вращения ротора при пуске двигателя.

Механическая характеристика асинхронного двигателя при отсутствии добавочных сопротивлений в цепи ротора называется есте-

ственной.

152

При введении в цепь фазного ротора добавочных сопротивлений механические характеристики будут искусственными (рис. 7.9).

Для искусственных механических характеристик уравнение (7.10) примет вид

где Sкр.и – критическое скольжение на искусственной характеристике.

где Sкр – критическое скольжение на естественной характеристике; R2 – активное сопротивление фазы обмотки ротора; Rд – добавочное сопротивление в цепи фазы обмотки ротора.

n2, S

Рис. 7.9. Естественная (1) и искусственные (2, 3) механические характеристики асинхронного двигателя (Rд2>Rд1)

Как видно из уравнения (7.19), с введением добавочного сопротивления возрастает Sкр.

Добавочное сопротивление в цепи ротора в соответствии с законом Ома уменьшает ток ротора I2. Но, так как, согласно уравнению (7.16), индуктивное сопротивление ротора Х2 в момент пуска (S=1) имеет наибольшее значение (cosφ2 очень мал), введение добавочного

153

(активного) сопротивления в цепь ротора приводит к значительному увеличению cosφ2 и, следовательно, согласно выражению (7.5), к увеличению пускового момента.

n2, I

n2

Iп

I

Iн

t

Рис. 7.10. Графики изменения тока и частоты вращения ротора при пуске асинхронного двигателя

Таким образом, при введении в цепь ротора добавочных сопротивлений уменьшается частота вращения ротора, увеличиваются скольжение и пусковой момент (см. рис. 7.9).

Асинхронные двигатели имеют небольшой пусковой момент по сравнению с двигателями постоянного тока. Для увеличения пускового момента асинхронного двигателя в цепь ротора включают добавочные пусковые сопротивления, которые по мере увеличения частоты вращения выводят из цепи ротора.

При пуске ток двигателя составляет Iп=(5–7)Iн, по мере увеличения частоты вращения ток уменьшается (рис. 7.10).

К3 К2 К1

АК

В

С

Rд

Рис. 7.11. Схема асинхронного двигателя с фазным ротором при введенных в цепь ротора пусковых сопротивлениях

154