Электромеханические свойства АД в электроприводе

Лекция 5

Содержание лекции:

основные электромеханические соотношения в асинхронном электродвигателе (АД); естественная и искусственные механические характеристики АД.

Цели лекции:

- изучить процессы электромеханического преобразования мощности в АД;

- освоить расчет и построение естественной и искусственных механических характеристик АД

Асинхронный короткозамкнутый электродвигатель (рисунок 5.1) и АД с фазным ротором (рисунок 5.2) широко распространены в электроприводе благодаря большому ресурсу безотказной работы, высоким показателям в работе, хорошим регулировочным свойствам.

На рисунке 5.3 представлена схема замещения одной фазы электродвигателя с учетом параметров намагничивающего контура с активным r_m и индуктивным x_m сопротивлениями.

В схеме замещения:

r₁ - активное сопротивление фазы статорной обмотки;

r₂′ - приведенное к статору активное сопротивление фазы роторной обмотки;

x₁ - индуктивное сопротивление фазы статорной обмотки;

x₂′ - приведенное к статору индуктивное сопротивление фазы роторной обмотки;

x_m - индуктивное сопротивление контура намагничивания.

В соответствии со схемой замещения, роторный ток I₂ ^’ имеет значение

. (5.1)

Из (5.1) следует, что роторный ток I₂^’ зависит от скольжения s, т.е. от частоты вращения ротора машины, поскольку

(5.2)

Заметим, что при пуске скольжение s = 1 (текущее значение частоты вращения w = 0), а при частоте вращения w=w₀ идеального холостого хода скольжение равно s = 0. Из соотношения (5.1) следует также, что при пуске роторный ток достигает максимального значения I_2к^’@ (8¸10)I_ном, и его следует ограничивать.

Частота тока ротора f_p при значении частоты f_c сетевого напряжения f_p= f_c×s, следовательно, при пуске s = 1 и асинхронная машина может быть представлена трансформатором напряжения, поскольку f_p= f_c = 50Гц. По мере разгона двигателя и его работе с номинальным скольжением s_н, которое не превышает s_н@ 0,1; падает и частота роторного тока f_p= 1..5Гц.

Мощность Р₁, потребляемая АД из сети, расходуется на покрытие потерь в контуре намагничивания ∆Р_m и в обмотке статора ∆Р₁, остаток ее преобразуется в электромагнитную мощность Р_Э, которая равна

. (5.3)

В свою очередь, , и, решая совместно (5.1) и (5.3), находим значение электромагнитного момента

. (5.4)

Зависимость (5.4) является описанием механической характеристики АД и представляет сложную зависимость момента АД от скольжения. Исследуем ее на экстремум, взяв производную и приравняв ее нулю:

Зависимость (5.4) имеет максимум при критическом значении скольжения, равном

(5.5)

и критическом (максимальном) моменте

(5.6)

Заметим, знак (+) относится к двигательному режиму, а знак (-) к генераторному режиму машины.

Для практических расчетов, удобнее использовать формулу Клосса, полученную из выражений (2…), (2…) и (2….)

, (5.7)

где .

В крупных асинхронных машинах r₁<< r₂^’, и ε ≈0. Механическая характеристика АД имеет вид, изображенный на рисунке 2.4. Характерные точки характеристики: