Построение механической характеристики асинхронного двигателя по паспортным данным

Расчет и построение механической характеристики производят по каталожным данным двигателя.

В каталоге приводятся следующие данные: тип двигателя, P _ном, U _ном, I _ном, n _ном, η_ном, cos φ_ном, М_max/М _ном = λ.

Для двигателя с короткозамкнутым ротором дополнительно даются отношение пускового момента к номинальному (М _п/ М _ном) и отношение пускового тока к номинальному (I _п/ I _ном); для двигателя с фазным ротором — напряжение между кольцами при неподвижном и разомкнутом роторе U _2k = E _2k и номинальный ток ротора I _2ном. Буквенные и цифровые обозначения типа двигателя позволяют, например, судить о назначении двигателя, его габаритной мощности, числе пар полюсов и т. д. Поскольку существует большое число типов двигателей и в каталогах даны пояснения, что означает каждая буква и цифра, останавливаться на этом в книге нет необходимости.

Номинальной мощностью Р _ном двигателя общего назначения длительного режима работы называется мощность, которую двигатель может длительно развивать на валу, нагреваясь при этом до допустимой температуры, обусловленной классом изоляции его обмоток. В двигателе возникают потери мощности, которые нагревают его. Вначале, когда двигатель имеет температуру окружающей среды, большая часть мощности потерь расходуется на повышение его температуры, а меньшая рассеивается в окружающую среду. С повышением температуры двигателя большая часть мощности потерь рассеивается в окружающую среду. По прошествии определенного времени наступает тепловое равновесие: вся мощность потерь, выделяющихся в двигателе, рассеивается в окружающую среду, и температура двигателя при заданной нагрузке остается неизменной. Повышение температуры двигателя выше допустимой вызывает ухудшение механической и электрической прочности изоляции. При этом изменяется структура изоляции и в конце концов происходит ее пробой и выход двигателя из строя. Можно ли нагружать двигатель мощностью больше номинальной? Можно кратковременно, если до этого двигатель работал с недогрузкой и его температура была ниже допустимой. Длительность и степень перегрузки в совокупности должны быть такими, чтобы в результате температура двигателя не превышала допустимую.

Рис. 10.19. График зависимости потока двигателя от намагничива- ющего тока (а); механическая характеристика двигателя с учетом пускового момента М п, заданного в каталоге (б)

На паспорте двигателя обычно указываются два значения номинального напряжения, например, 380/220 В. Это означает, что данный двигатель рассчитан для работы с напряжением на фазе его обмотки 220 В. Для включения двигателя в сеть с линейным напряжением 380 В его обмотки соединяются звездой, а в сеть с линейным напряжением 220 В — треугольником. Соответственно указываются и два значения линейного номи­нального тока обмотки статора для соединения звездой и треугольником. Далее в каталоге приводятся номинальные значения частоты вращения, КПД η_ном, коэффициента мощности cos φ_ном , которыми обладает двигатель при номинальной нагрузке на его валу. При этом предполагается, что напряжение и частота соответствуют паспортным данным.

Следует отметить, что длительная работа двигателя при повышенном или пониженном напряжении недопустима, особенно при номинальной нагрузке на его валу. В том и другом случае ток в обмотках оказывается больше номинального, двигатель перегревается и выходит из строя. При повышении напряжения, как следует из выражения

U _1ф ≈ Е ₁ = 4,44 f ₁ w ₁Ф k ₀₁,

в той же степени возрастает и магнитный поток. В результате, как видно из кривой намагничивания (рис. 10.19, а), значительно возрастают ток намагничивания I _р и, следовательно, ток обмотки статора.

При понижении напряжения магнитный поток уменьшается и, как видно из выражения

М = C Ф I ₂ cos ψ₂,

возрастают выше номинального ток ротора I ₂ и, следовательно, ток статора I ₁, так как cos ψ₂изменяется незначительно.

Кроме того, при понижении напряжения существенно уменьшаются пусковой и максимальный моменты двигателя, так как они пропорциональны квадрату напряжения.

Работа двигателя допустима при колебании напряжения в сети не более ± 5% U _ном.

Влияние отклонения частоты сети от номинального значения на режим работы двигателя рассматривать не будем, так как ощутимых изменений частоты в мощных силовых системах промышленных районов не наблюдается.

Мощность, потребляемая двигателем из сети, при номинальной и любой другой нагрузке может быть определена по формуле

P ₁ =P ₂/η = √3 UI cos φ.

Отношение М _к/ М _ном характеризует перегрузочную способность двигателя.

Расчет механической характеристики двигателя обычно производят с помощью упрощенного уравнения механической характеристики (10.57), в котором М и s — координаты механической характеристики двигателя, М_max и s _кр — его параметры.

Значение М_max определяют по формуле

(10,58a)

Мmax = λ Мmax = λ	975 Р ном	[кГс • м] = λ	9550 Р ном	[Н•м],
n ном	n ном

a s _кр — по формуле (10.58).

Полученные значения М_max и s _кр подставляют в уравнение (10.57), задаются рядом значений s и подсчитывают соответствующий момент, а по формуле n = n ₀(1 - s) — частоту вращения [см. (10.23)]. Необходимо обратить внимание на то, что расчетное значение момента М _п при s = 1, который называется начальным пусковым моментом асинхронного короткозамкнутого двигателя, обычно меньше действительного значения М' _п, указанного в каталоге, и механическая характеристика в зоне s ≈ 0,7 ÷ 0,9 имеет «провал», где М_min < М' _п (рис. 10.19, б). Причиной этого являются неточность расчетного уравнения и такие неучтенные явления, как, например, вытеснение тока ротора к поверхности проводника и влияние гармонических составляющих вращающегося магнитного поля двигателя. Практически расчетную механическую характеристику корректируют так, как изображено пунктирной линией на рис. 10.19, б.

Расчет и построение графика зависимости тока фазы обмотки ротора от скольжения I ₂ = f (s) (рис. 10.19) для двигателя с контактными кольцами наиболее просто произвести, если воспользоваться выражением (10.41), из которого следует, что

(10.59)

I 2 =	√	M ω0 s	.
3 r 2

В уравнение (10.59) подставляют значения s и М, полученные из расчета механической характеристики, и определяют I ₂. Активное сопротивление фазы ротора r ₂, входящее в это выражение, можно определить из (10.41), если вместо текущих значений М, s и I ₂ подставить в него их номинальные значения и решить относительно r ₂:

r 2 =	M ном ω0 s ном	.
3 I 2ном^2

Однако на практике r ₂ определяют чаще из выражения (10.29), в котором следует положить s = s _ном I ₂ = I _2ном, а членом x ₂ s пренебречь ввиду его относительной малости по сравнению с r ₂. С учетом сделанных замечаний расчетная формула приобретает вид

(10.59a)

r 2 =	E 2к s ном	.
√3 I 2ном

Корень из трех появился в выражении (10.59а) вследствие того, что в каталоге дано линейное значение E _2к.

С помощью графика зависимости тока ротора I ₂ от скольжения производят выбор сечения, материала и конструкции пусковых и регулировочных реостатов.

Расчет и построение графика зависимости тока статора I от скольжения довольно сложны; практически такой график редко используется, и поэтому методику его расчета мы опускаем.

Расчет и построение механической характеристики и зависимости I ₂ = f (s) приведены в примере 10.2.

Дата добавления: 2015-05-06