Вращающий момент асинхронного двигателя. Вывод формулы. Номинальный, критический и пусковой моменты.

Для каждого асинхронного двигателя может быть определен номинальный режим, т. е. режим длительной работы, при котором двигатель не перегревается сверх установленной температуры. Момент М_ном, соответствующий номинальному режиму, называется. номинальным моментом. Соответствующее ему номинальное скольжение составляет для асинхронных двигателей средней мощности s_H0M = 0,02...0,06, т.е. номинальная скорость n_иом находится в пределах

n_ном=n₀(1 - s₀)= (0,94...0,98) п₀.

Отношение максимального момента к номинальному к_м = = Mmах/M_ном называется перегрузочной способностью асинхронного двигателя. Обычно к_т = 1,8.. .2,5.

При пуске в ход, т. е. при трогании с места и при разгоне, асинхронный двигатель находится в условиях, существенно отличающихся от условий нормальной работы. Момент, развиваемый двигателем, должен превышать момент сопротивления нагрузки, иначе двигатель не сможет разгоняться. Таким образом, с точки зрения пуска двигателя важную роль играет его пусковой момент.

Отношение пускового момента М_п развиваемого двигателем в неподвижном состоянии, т. е. при n = 0, к номинальному моменту k_п= М_п/М_ном называется кратностью пускового момента.

Максимальный момент М_тах называется критическим моментом асинхронной машины. Работа машины с моментом, превышающим номинальный, возможна лишь кратковременно, в противном случае срок службы машины сокращается из-за ее перегрева.

В результате взаимодействия вращающегося магнитного потока с токами, индуктированными им в проводниках роторной обмотки, возникают силы, действующие на эти проводники в тангенциальном направлении. Найдем значение момента, создаваемого этими силами на валу машины.

Электромагнитная мощность, передаваемая ротору вращающимся магнитным полем, ровна:

 

где М_эм - электромагнитный момент действующий на ротор.

В соответствии со схемой замещения одной фазы машины:

Из этих выражений найдем:

Учитывая действующий ток ротора, ЭДС, индуктивное сопротивление получим:

 

Введем постоянную и пренебрегая моментом трения, представим выражение момента на валу в виде:

Если магнитный поток Ф выражен в веберах, ток I₂— в амперах, то вращающий момент получится в ньютон-метрах (Нм).

Вращающий момент машины зависит от изменяющихся при нагрузке ф, I₂и , но его можно представить в виде функции однойпеременной. В качестве такой переменной для асинхронного двигателя наиболее удобно выбрать скольжениеs.

Согласно ранее изученным формулам:

 

 

Тогда

Полагая, что частота сети неизменна введем

Получим следующее выражение для вращающего момента:

 

42. Энергетическая диаграмма АД.В электрической машине часть энергии теряется в виде тепла в различных частях - потери в обмотках, в стали, механические потери.

На диаграмме: Р₁ - мощность, подводимая из сети. Основная часть её за вычетом потерь в статоре, передаётся электромагнитным путём на ротор через зазор; Р_эм называется электромагнитной мощностью.

Потери в статоре складываются из потерь в обмотке и в стали:

 

 

Рис. 42. Энергетическая диаграмма АД.

 

р_с1 и р_с2. р_с1 теряется на вихревые токи и перемагничивание сердечника. Потери в стали имеются и в сердечнике ротора, но они невелики и их можно не учитывать, т.к. n₀ во много раз больше скорости магнитного потока относительно ротора n₀ - n, если n соответствует устойчивой части естественной механической характеристики.

Механическая мощность, развиваемая на валу ротора, меньше Р_эм на значение р_об2потерь в обмотке ротораР_мх = Р_эм - р_об2 Мощность на валу Р₂ = Р_мх - р_мх , где р_мх - мощность механических потерь, равная сумме потерь на трение в подшипниках, на трение о воздух и трение щеток о кольца.

Электромагнитная и механическая Р равныР_эм = ω₀М, Р_мх = ωМ, где ω₀ и ω - скорости синхронная и ротора, М - момент, развиваемый двигателей, т.е. момент, с которым вращающееся поле действует на ротор.

Добавочные потери обусловлены зубчатостью ротора и статора, вихревыми токами в различных узлах и другими причинами. При полной нагрузке потери Рд принимаются равными 0,5% его номинальной мощности.

К.п.д. двигателя: h = P₂/P₁ = [P₁ - (р_об + р_с + р_мх + р_д )] / Р₁ .

Т.к. общие потери зависят от нагрузки, то и КПД является функцией нагрузки. Машина конструируется так, чтобы максимум ее коэффициента полезного действия h имел место при нагрузке, несколько меньше номинальной. Для большинства двигателей к.п.д. равен 80-90%, а для мощных двигателей 90-96%.

 

43. Устройство синхронного двигателя. Схема замещения, уравнения энергетического состояния фазы обмотки статора, векторная диаграмма синхронного дв.Основными частями статора являются неподвижный пакет маг­нитопровода и трехфазная обмотка. Пакет магнитопрово­да изготовлен в виде полого цилиндра, набранного, так же как и магнитопровод трансформатора, из тонких листов электротехнической стали. Листы имеют форму колец с пазами, симметрично расположенными вдоль внутренней окружности. В пазы пакета статора уложены стороны многовитковых мягких катушек, образующих три фазы обмотки. Пакет статора с обмоткой запрессован в алюминие­вый или чугунный корпус-оболочку, неподвижно закрепляемый при установке машины на фундаментной плите. С корпусом прочно соеди­нены два боковых литых щита со сквозными центральными отверстия­ми для подшипников, в которых вращается вал ротора.

Начала и концы фаз обмотки статора присоединены к зажимам, расположенным в коробке выводов, укрепленной на корпусе. Боль­шинство машин имеет коробку выводов с шестью зажимами, что по­зволяет соединять фазы обмотки треугольником или звездой.

Применяются два типа роторов синхронных машин — неявнопо-люсный, или с неявно выраженными полюсами, и ротор явнополюс-ный, или с явно выраженными полюсами. В первом случае сердечник ротора представляет массивное цилиндрическое тело из стали (бочка ротора), вдоль его поверхности выфрезерованы пазы, в которых заклады­вается обмотка возбуждения. Пазы и обмотка возбуждения размещают­ся так, чтобы получить по возможности синусоидальное распределение индукции в зазоре между сердечниками ротора и статора. Общий вид неявнополюсного ро­тора показан на рис.

Явнополюсный ротор состоит из мас­сивного стального колеса, посаженного на вал. К его ободу по внешней поверхности крепятся стальные сердечники полюсов. Последние, а иногда и обод выполняются из листовой стали. Для малых машин и при не слишком большом числе полюсов вместо колеса на вал насаживается стальная втулка, к которой крепятся полюса. Обмотка возбуждения в виде катушек разме­щается на сердечниках полюсов. Такая конструкция ротора позво­ляет разместить на нем большое число полюсов, что необходимо для машин с небольшой скоростью вращения.

 

 

 

44. Регулирование реактивной мощности синхронного двигателя осуществляется изменением тока возбуждения Iв

1) Номинальный режим Iв= Iв ном. cosφ=1.

2) Iв< Iв ном cos φ<1

реактивная составляющая увеличивается, носит индуктивный характер-режим работы АСД

 

3) Iв> Iв ном cos φ<1

ток якоря увеличивается ,Емкостной характер

При этом способе реактивная мощность отдается в сеть ,что является большим плюсом.

Изменяя ток возбуждения меняем ток якоря.

 

 

45. Регулирование активной мощности синхронного двигателя осуществляется изменением угла согласования. При увеличении нагрузки угол увеличивается, при уменьшении- уменьшается. Угол рассогласования определяет перегрузочную способность двигателя.

Отношение максимального момента к номинальному:

 

46. Устройство, принцип действия двигателя постоянного тока. Способы возбуждения. ЭДС обмотки якоря и электромагнитный моментУстройство и принцип действия двигателя постоянного тока Двигатель постоянного тока состоит из неподвижной час­ти -статора и вращающейся части - якоря, разделенных воздушным зазором. К внутренней поверхности статора крепятся главные в добавочные полюсы. Главные полюсы с обмотками возбуждения слу­жат для создания в машине основного магнитного потока Ф, а до­бавочные - для уменьшение искрения.

Якорь состоит из вала, сердечника, обмотки и коллектора. Коллектор содержит изолированные друг от друга медные пластины, которые соединяются с секциями обмотки якоря. На коллектор накла­дываются неподвижные щётки; соединяющие обмотку якоря с внешней электрической цепью. В результата взаимодействия тока якоря Iя И магнитного потока Ф создается вращающий момент, М=СмФIя , где См- постоянная момента, зависящая от кон­структивных данных машины. Вращающий момент М, двигателя уравновешивается моментом сопротивления Мс рабочей машины. При вра­щении якоря с частотой n его обмотка пересекает магнитный поток Ф и в ней, согласно закону электромагнитной индукции, наводится противо-ЭДС E =СеФп , где Се _ конструктивная постоянная.

Напряжение на эажимаx якоря U равно сумме ЭДС и падения напряжения на сопротивлении якорной цепи U=E +RяIя=CеФn, откуда ток якоря Iя=(U-CеФn)/Rя, а частота вращения n=(U- RяIя)/ CеФ/

В зависимости от способа питания обмотки возбуждения генераторы постоянного тока бывают:

а) б) в) г)

 

Рис. 50. Возбуждение генератора: а - независимое, б - параллельное, в - последовательное, г - смешанное.

При независимом возбуждении ОВ питается от постороннего источника. Применяется в случаях, когда необходимо в широких пределах регулировать ток возбуждения I_в и напряжение U на зажимах машины. Ток якоря равен току нагрузки I_я = I_н (рис. 50, а)

Генераторы с самовозбуждением имеют ОВ, питаемые от самого генератора.

При включении ОВ параллельно с обмоткой якоря имеем генератор с параллельным возбуждением (рис. 50, б), у которого I_я = I_н + I_в. У мощных машин нормального исполнения I_в обычно составляет 1-3%, а у малых машин - до нескольких десятков % от тока якоря. У генератора с последовательным возбуждением (рис. 50, в) ОВП включён последовательно с якорем, т.е.

I_я = I_н = I_в.

Генераторы со смешанным возбуждением имеют две обмотки возбуждения, ОВ включёна параллельно якорю, а другая ОВП - последователь но (рис. 50, г). Основной обычно является ОВ. ОВП подмагничивает машину при увеличении тока нагрузки, чем компенсируется падение напряжения U в обмотке якоря и размагничивающее влияние реакции якоря.

 

 

47. Нагрузочный режим двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением. Механическая характеристика.Подадим на зажимы неподвижного якоря напряжение. Напряжение вызовет ток в цепи якоря. При этом возникает электромагнитным момент. Этот момент начнёт вращать якорь, совершая механическую работу. Машина начнет работать в режиме электродвигателя. Чтобы преодолеть сопротивление механической нагрузки на валу, электродвигателя должен потреблять энергию из внешнего источника.

 

48. Способы пуска двигателя постоянного тока.Нормальная машина постоянного тока имеет цилиндрический ротор с обмоткой, называемый якорем, который вращается в неподвижном магнитном поле. В витках 1-3 и 2-4 обмотки якоря индуктируются переменные ЭДС и для получения постоянного направления тока i в сопротивлении нагрузки r, применяется коллектор К, состоящий из медных изолированных друг от друга пластин, образующих цилиндр, по которому скользят щетки а - B. Наличие коллектора, к пластинам которого присоединяются начала и концы витков обмотки якоря, является отличительной особенностью м. п. т. В положении на рисунке стороны 1-3 витка пересекают магнитные линии перпендикулярно, поэтому между щетками будет Е_мах.

 

Рис. 47. Схема генератора постоянного тока с двумя витками и четырьмя коллекторными пластинами.