Асинхронные двигатели

Изучение асинхронного двигателя надо начинать с его устройства и принципа работы. Необходимо обратить особое внимание на электромагнитные процессы, возникающие в двигателе, как при его пуске, так и в процессе работы. Векторная диаграмма и эквивалентная схема асинхронного двигателя облегчают изучения его работы и используются при выводе основных уравнений. Эксплуатационные параметры асинхронного двигателя демонстрируются механическими и рабочими характеристиками.

После изучения данного раздела студенты должен:

1) знать значения терминов: скольжение, синхронная скорость, круговое вращающееся магнитное поле, короткозамкнутый ротор, фазный ротор, поток полюса, глубокопазный ротор, двойная «беличья клетка»; способы изменения направления вращения магнитного поля; устройство и области применения двух типов двухфазных асинхронных двигателей; условные обозначения трехфазных асинхронных двигателей на схемах; вид механических характеристик; способы регулирования частоты вращения двигателя;

2) понимать принцип возбуждения многополюсного вращающегося магнитного поля; принцип действия трехфазной асинхронной машины в режимах двигателя, генератора и электромагнитного тормоза; факторы, влияющие на частоту вращения ротора трехфазного асинхронного двигателя; возможность замены трехфазного асинхронного двигателя с вращающимся ротором эквивалентным двигателем с неподвижным ротором; аналогию физических явлений в трехфазном асинхронном двигателе с неподвижным ротором и в трансформаторе с резистивной нагрузкой; энергетические преобразования в трехфазном асинхронном двигателе;

3) уметь осуществлять пуск асинхронного двигателя; измерять скольжение с помощью стробоскопического устройства, частоту вращения; оценивать величины номинального, пускового и максимального моментов, пускового тока и номинального скольжения по данным каталога.

Приступая к изучению этой темы, необходимо понять условия возбуждения вращающегося магнитного поля.

Механические характеристики M=f(S) и могут быть построены по расчетной формуле вращающего момента

(9)

где М – вращающий момент двигателя, Нм; U_1Ф – фазное напряжение статорной обмотки; S—скольжение; R_1,X₁—значения сопротивлений статорной обмотки; , -- значения сопротивлений роторной обмотки; f₁—частота напряжения питания статорной обмотки; p—число пар плюсов; - угловая скорость вращения магнитного поля.

По зависимости M=f(S) легко построить характеристику . Механические характеристики можно построить и по данным каталога. Известно, что

M=2M_кр/(S_кр/S+S/S_кр), (10)

Где М_кр—критический (максимальный) вращающий момент двигателя; S_кр—скольжение, при котором двигатель развивает критический момент.

Зная отношение момента к номинальному М_кр/М_ном= и определив номинальный момент так

М_ном=9550P_ном/n_ном ,

Где Р_ном—номинальная мощность двигателя, кВт; n_ном—номинальная частота вращения ротора, об/мин, легко получить выражение для S_кр.

Рис. 10

Рассматривая уравнение (10) для номинального режима и учитывая, что М_ном/М_кр=1/ , получаем

(11)

Решая уравнение (11) относительного критического скольжения, находим

Зная М_кр и S_кр и задаваясь значениями S в пределах от 0 до 1, легко построить механическую характеристику М=f(S), данные для построения которой находят из уравнения (10).

Характеристику получают из характеристики M=f(S), учитывая при этом что

(12)

где угловая скорость вращения ротора, 1/с.

Механические характеристики асинхронного двигателя, изображенные на рис. 10, а, б, показываю свойства двигателя в системе электропривода: пусковые свойства, перегрузочную способность, устойчивость работы.

Для более полного выявления свойств двигателя служат рабочие характеристики, показывающие зависимость скорости вращения ротора , вращающего момента М, к.п.д. , тока I и коэффициента мощности cos от мощности на валу двигателя Р₂. Эти характеристики можно рассчитать по данным каталога или получить в процессе испытания двигателя в лабораторных условиях

Рабочие характеристики асинхронного двигателя изображены на рис. 11.

Рис. 11