Курс теоретических лекций Электрические машины и трансформаторы. Лекции для курсов Электрические машины и аппараты

• Название: Лекции для курсов Электрические машины и аппараты
• Дата: 24.04.2023
• Размер: 3.55 Mb.
• Имя файла: Курс теоретических лекций Электрические машины и трансформаторы.docx
• Тип: Лекции; #1085552
• страница: 12 из 19

Лекция 6

1. 
   Рабочие характеристики асинхронного двигателя
   
2. 
   Пусковые характеристики асинхронного двигателя
   
3. 
   Пуск в ход асинхронных двигателей
   
4. 
   Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей
   

Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя.

При работе двигателя неизбежно происходит потеря преобразуемой им энергии, поэтому мощность, развиваемая на валу двигателя Р₂всегда будет меньше потребляемой им из сети мощности Р_1.

Процесс преобразования энергии и потери, происходя­щие при работе двигателя, можно иллюстрировать энергетической диаграммой (рис. 36.1).

Потребляемая двигателем мощность из се­ти P₁частично расходуется на покрытие по­терь в обмотках статора Р_м1и в стали сердечника статора Р_с1на гистерезис и вихревые токи.

Оставшаяся часть мощности Рэм называемая электромагнитной,


Рис.36.1. Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя
передается рото­ру через воздушный зазор вращающимся магнитным полем.
Энер­гия, полученная ротором, преобразуется в механическую и частич­но расходуется на покрытие потерь в роторе.

На диаграмме пока­зано, что электромагнитная мощность, поступающая на ротор, мо­жет быть представлена в виде суммы двух мощностей: Рэм= Р₂’+ P_м2.

где Р₂’— мощность, развиваемая вращающимся ротором,

P_м2— потери в меди обмоток ротора.
Не вся энергия, преобразованная машиной в Р₂’ является полезной энергией Р₂, так как часть ее расходу­ется на покрытие механических потерь Р_мехот трения в подшип­никах и о воздух вращающихся частей машины.
Рассчитать потери в двигателе и полезную мощность на валу можно, используя следующие формулы:

• 
  Потребляемая двигателем мощность из сети:
  

• 
  потери в обмотках статора:
  

• 
  электромагнитная мощность:
  

• 
  мощность, развиваемая вращающимся ротором:
  

Где: m = 3 –число фаз машины.

Анализ рабочих характеристик асинхронного двигателя

Зависимости потребляемого тока I₁, мощности P₁, КПД η,коэффициента мощности cosφ, скольжения s. частоты вращения n от полезной механической мощности Р₂называются рабочими характеристиками двигателя.

Эти характеристики определяются при постоянном напряжении U₁ и частоте f сети. Пример рабочих характеристик приведен на рис. 36,1.

Рассмотрим эти характеристики.

При холостом ходе (полезная мощность Р₂=0) скольжение s также равно нулю (частота вращения ротора n практически равна синхронной), ток в обмотке ротораI₂=0. По обмотке статора протекает ток холостого хода I₀.


Рис.36.2. Рабочие характеристики асинхронного двигателя.


Коэффициент полезного действия ηравен нулю, так как равна нулю полезная мощность Р₂, а коэффициент мощности равен коэффициенту мощности для тока холостого хода {cosφ₁=cosφ_o).

При увеличении нагрузки частота вращения ротора уменьшается и увеличивается скольжение s. Увеличивается ток ротора и ток статоpa.

Так как увеличивается полезная мощность, растет КПД двигателя, а также коэффициент мощности.

Обычно номинальная мощность на валу двигателя достигается уже при небольшом понижении частоты вращения ротора и вся область рабочих режимов находится в диапазоне скольжений от 0 до 2—5%.

В асинхронном двигателе частота вращения ротора меньше частоты вращения поля, за счет чего обеспечивается наведение ЭДС, а также создание тока I₂ в обмотке ротора и вращающего электромагнитного момента, под действием которого ротор приходит во вращение.

Характеристика cosφ = f(P₂) лежит в области значений, меньших 1,

Коэффициент полезного действия достигает своего максимального значения при P₂ = (0,6….0,8)P_{2 ном}и снижается при дальнейшем росте нагрузки.

Повышение коэффициента мощности асинхронных двигателей.

Основной недостаток асинхронных двигателей — низкий коэффи­циент мощности cosφ.
Коэффициент мощности показывает, какая часть полной мощности, потребляемой двигателем преобразуется в полезную мощность.


Где:

- коэффициент мощности двигателя

- полная мощность, потребляемая двигателем

- индуктивная мощность

- полезная (активная) мощность

Данную формулу можно преобразовать относительно Р:



Анализ последней формулы показывает, что чем больше величина коэффициента мощности, тем больше полезная мощность на валу двигателя. Кроме того, анализ предыдущей формулы показывает, что увеличение коэффициента мощности при данной полной мощности можно добиться только уменьшением индуктивной мощности двигателя.

Для повышения cosφ применяют следующие меры:

1. Выбирают мощность двигателя в строгом соответствии с нагрузкой, так как работа двигателя при недогрузке влечет за собой низкийcosφдвигателя.

2. Так как реактивная мощность Q в двигателе носит индуктивный характер, то для ее уменьшения и, соответственно, повышения cosφпараллельно двигателю включают статические конденсаторы, которые своей емкостью компенсируют сдвиг фаз, обусловленный двигателями с индуктивной мощностью.

3. В случаях, когда асинхронный двигатель по условиям производ­ственного процесса длительно работает с нагрузкой меньше 50% номинальной мощности и имеет обмотку статора, допускающую переключение с треугольника на звезду, то при малых нагрузках обмотку статора двигателя, соединяемую при нормальной нагрузке треугольником, переключают в звезду. При этом фазное напряже­ние понижается в раз, вследствие чего магнитный поток умень­шается тоже примерно в раз, что уменьшает реактивный намаг­ничивающий ток и потери в стали, повышает cosφ и к. п. д. дви­гателя