Механические характеристики. Режимы работы

Принцип действия асинхронной машины в самом общем виде состоит в следующем: один из элементов машины - статор используется для создания движущегося с определенной скоростью магнитного поля, а в замкнутых проводящих пассивных контурах другого элемента - ротора наводятся ЭДС, вызывающие протекание токов и образование сил (моментов) при их взаимодействии с магнитным полем. Все эти явления имеют место при несинхронном - асинхронном движении ротора относительно поля, что и дало машинам такого типа название - асинхронные.

Статор обычно выполнен в виде нескольких расположенных в пазах катушек, а ротор - в виде “беличьей клетки” (короткозамкнутый ротор) или в виде нескольких катушек (фазный ротор), которые соединены между собой, выведены на кольца, расположенные на валу, и с помощью скользящих по ним щеток могут быть замкнуты на внешние резисторы

Традиционная схема замещения фазы асинхронного двигателя приведена на- рис. 3.1, в которой учтены и параметры статора R₁ и Х₁. Эта простая модель пригодна для анализа установившихся режимов при симметричном двигателе с симметричным питанием.

Для получения механической характеристики ещё более упростим модель - вынесем контур намагничивания на зажимы - рис. 3.2, а, как это часто делается в курсе электрических машин.

Рис. 3.1. Схема замещения фазы асинхронного двигателя

а)

б)

Рис. 3.2. Упрощенная схема замещения (а) и характеристики асинхронной машины (б)

Поскольку

,

где I_2а - активная составляющая тока ротора,

y₂ - угол между и,

качественное представление о механической характеристике М(s) можно получить, проследив зависимость каждого из трех сомножителей от s.

Магнитный поток Ф в первом приближении не зависит от s - рис. 3.2,б. Ток ротора равен нулю при s = 0 и асимптотически стремится к при s ® ±¥ - рис. 3.2,б. Последний сомножитель легко определить по схеме замещения:

,

cos y₂ близок к ± 1 при малых s и асимптотически стремится к нулю при s ® ±¥. Момент, как произведение трех сомножителей, равен нулю при s = 0 (w = w₀ - идеальный холостой ход), достигает положительного М_к+ и отрицательного М_к- максимумов - критических значений при некоторых критических значениях скольжения, а затем при s ® ±¥ стремится к нулю за счет третьего сомножителя.

Уравнение механической характеристики получим, приравняв потери в роторной цепи, выраженные через механические и через электрические величины. Мощность, потребляемая из сети, если пренебречь потерями в R₁, примерно равна электромагнитной мощности:

,

а мощность на валу определяется как

.

Потери в роторной цепи составят

или при выражении их через электрические величины

,

откуда

.

Подставив в последнее выражение I₂^¢ и найдя экстремум функции М=f(s) и соответствующие ему М_к и s_к, будем иметь:

где а=R₁/R¢₂:

;

.

На практике иногда полагают, что а = 0, т.е. пренебрегают активным сопротивлением обмоток статора. Это обычно не приводит к существенным погрешностям при Р_н > 5 кВт, однако может неоправданно ухудшить модель при малых мощностях. При а = 0 выражения имеют вид:

(формула Клосса),

;

,

где Х_к = Х₁+Х₂^’ - индуктивное сопротивление рассеяния машины.

При s << s_к можно пренебречь первым членом в знаменателе в формуле Клосса и получить механическую характеристику на рабочем участке в виде

.

Как следует из рис. 3.2,б жесткость механической характеристики асинхронных двигателей переменна, на рабочем участке, а при ½ s ½>½ s_кр ½ - положительна.

Асинхронный электропривод как и электропривод постоянного тока, может работать в двигательном и трех тормозных режимах с таким же, как в электроприводе постоянного тока распределением потоков энергии - рис. 3.3.

Рис. 3.3. Энергетические режимы асинхронного электропривода

Рекуперативное торможение (р.т.) осуществляется при вращении двигателя активным моментом со скоростью w>w₀. Этот же режим будет иметь место, если при вращении ротора со скоростью w уменьшить скорость вращения поля w₀. Роль активного момента здесь будет выполнять момент инерционных масс вращающегося ротора.

Для осуществления торможения противовключением (т. п-в) необходимо поменять местами две любые фазы статора - рис. 3.4. При этом меняется направление вращения поля, машина тормозится в режиме противовключения, а затем реверсируется.

Рис. 3.4. Реверс асинхронного двигателя (противовключение)

Специфическим является режим динамического торможения, которое представляет собою генераторный реjжим отключенного от сети переменного тока асинхронного двигателя, к статору которого подведен постоянный ток I _п. Этот режим применяется в ряде случаев, когда после отключения двигателя от сети требуется его быстрая остановка без реверса.

Постоянный ток, подводимый к обмотке статора, образует неподвижное в пространстве поле. При вращении ротора в его обмотке наводится переменная ЭДС, под действием которой протекает переменный ток. Этот ток создает также неподвижное поле.