Рабочие характеристики АД

N

Формула Клосса: , М_К и S_KP берутся в таблицах.

Физический вид механической характеристики объясняется аналогичным характером изменения активной составляющей тока ротора. Т.е. с увеличением скольжения I_2a сначала растёт, а затем, вследствие увеличения частоты тока ротора , увеличивается индуктивное сопротивление обмотки ротора и угол сдвига ψ₂, и составляющая начинает уменьшаться, несмотря на увеличение полного тока ротора.

Анализ механической характеристики показывает, что при включении АД в сеть, пока ротор ещё неподвижен (S = 1), в нём создается начальный пусковой момент (точка n на характеристике). Если мы подставим S = 1 в (19), то получим:

.

Под действием пускового момента ротор начинает вращаться, а скольжение уменьшается:

,

а электромагнитный момент увеличивается.

При скольжении, называемом критическим, момент достигает своего максимального значения. Для определения критического скольжения нужно взять производную формулы (19) и приравнять её к нулю:

.

В результате получаем:

. (20)

Подставляя (20) в (19), после преобразования получим формулу, по которой можно определить максимальный момент:

. (21)

Из (21) следует, что не зависит от . В то же время, согласно выражению (20), это сопротивление оказывает влияние на критическое скольжение, при котором АД развивает максимальный момент. После достижения моментом максимального значения частота вращения продолжает увеличиваться, скольжение продолжает уменьшаться, а момент начинает уменьшаться и происходит это до тех пор, пока электромагнитный момент не станет равен сукмме противодействующих моментов:

.

Т.о. точка А делит механическую характеристику на 2 участка: ОА и Аn.

Проанализируем работу АД на участке ОА. Пусть рабочий механизм создаёт тормозной момент М_{т ном}, соответствующий номинальной нагрузке двигателя. Тогда установившийся режим работы АД будет определяться точкой Н с координатами S_ном и М_ном на механической характеристике. Этой нагрузке соответствует равновесие моментов:

.

Если М_Т увеличится до (), то равенство моментов нарушится:

.

Это вызовет уменьшение частоты вращения ротора до значения , а скольжение увеличится. В соответствии этим увеличится также эдс вращающегося ротора:

.

И ток ротора I₂ тоже увеличится. В результате М увеличится до величины пока вновь не наступит равновесие моментов (это точка В на характеристике):

.

Аналогично рассматривается случай уменьшения нагрузочного момента до значения (самостоятельно).

Под устойчивой работой АД понимается его способность самостоятельно восстанавливать равновесие моментов и соответствующую частоту вращения ротора при изменении нагрузки двигателя. Устойчивая работа АД возможна только на участке ОА, т.е. при . Дело в том, что на этом участке любые изменения нагрузочного момента приводят к изменению , аналогично изменяется электромагнитный момент ().

; .

Работа АД становится устойчивой при скольжении (точка А неустойчивая). Это участок Аn. Так если М = М_max, то даже небольшое увеличение нагрузочного момента вызовет увеличение скольжения. А следовательно уменьшение электромагнитного момента. Это происходит из-за уменьшения активной составляющей тока ротора. Это приводит к дальнейшему увеличению разности моментов и увеличению скольжения до тех пор, пока (точка n). Т.о. при М_max и наступает предел устойчивой работы двигателя, а значит устойчивыми условиями работы двигателя являются:

; .

При их выполнении двигатель должен работать устойчиво не только при номинальной нагрузке, но и будет способен выдержать некоторые перегрузки. Чтобы перегрузки двигателя не приводили к его остановке необходимо, чтобы двигатель обладал перегрузочной способностью:

.

Работа АД в зоне устойчивости является также и наиболее экономичной, т.к. соответствует малым значениям :

.

Для исследования АД и выявления его свойств служат рабочие характеристики:

1. скоростная характеристика: , ;

2. моментная характеристика: ;

3. ;

4. ;

5. ;

6. .

Характеристики снимаются при условии: , .

1. Скоростная характеристика: ,

При увеличении полезной мощности растёт электромагнитный момент:

.

Из характеристики видно, что увеличение момента сопровождается увеличением скольжения, а следовательно уменьшением скорости вращения вала ротора . При номинальной нагрузке скольжениене велико – 2%, а значит и изменяется незначительно. Поэтому скоростная характеристика представляет собой кривую, слабо наклонённую к оси абсцисс.

2. Моментная характеристика:

Так как частота вращения изменяется незначительно, то моментная характеристика оказывается близкой к линейной и определяется по формуле:

.

Так как при увеличении несколько снижается, то возрастает быстрее чем . Всвязи с этим моментная характеристика имеет выпуклость вниз.

3. Зависимость коэффициента мощности и тока статора от выходной мощности: и

При холостом ходе, когда = 0, S тоже ≈ 0, а ток ротора также ≈ 0

.

= 0, S ≈ 0, ≈ 0.

Ток является практически активным, так как угол сдвига:

;

;

.

;

.

Ток статора наоборот будет практически реактивным. Поэтому коэффициент мощности при холостом ходе мал и составляет: .

При увеличении растёт ток ротора, т.е. растёт его размагничивающее действие на магнитный поток, что в свою очередь вызывает увеличение тока статора. При этом ток статора будет определяться в большей степени активной составляющей тока ротора. Поэтому угол будет уменьшаться по сравнению с (х.х.): . А будет увеличиваться: .

У современных двигателей максимальный коэффициент мощности . Своего максимального значения достигает при нагрузке близкой к номинальной. Дальнейшее увеличение приводит к уменьшению . Это объясняется сильным увеличением реактивного сопротивления обмотки ротора, т.е. за счёт увеличения скольжения. А во-вторых, из-за увеличения реактивной составляющей тока ротора:

;

.

И теперь ток статора будет определяться реактивной составляющей тока ротора, которая по своему значению превышает активную составляющую: . И поэтому следующее значение (после Р_ном) будет меньше:

.

4.

Зависимость потребляемой мощности от полезной:

При холостом ходе двигатель потребляет из сети активную мощность , которая полностью идет на покрытие потерь мощности в двигателе.

;

.

Поэтому при возрастании нагрузки, т.е. при увеличении , потребляемая активная мощность растёт несколько быстрее, чем за счёт увеличения потерь.

5. Зависимость КПД от выходной мощности:

Исходя из энергетической диаграммы суммарные потери мощности определяются:

.

Потери называются переменными, т.к. они изменяются с изменением тока ротора, а значит, зависят от нагрузки:

.

Постоянные потери не зависят от нагрузки:

.

Зная, что коэффициент загрузки , ток ротора:

,

так как , то можно пренебречь. Находим, что ток ротора прямопропорционален коэффициенту загрузки.Следовательно, переменные потери:

.

это переменные потери при номинальной нагрузке, когда и по аналогии с трансформатором можно записать выражение для определения КПД:

.

КПД максимален при равенстве постоянных и переменных потерь: .

Дата добавления: 2014-01-04