Режимы работы асинхронных двигателей (стр. 2 из 3)

Максимальный момент М*_max характеризует перегрузочную способность двигателя. Если момент сопротивления превышает М*_max, двигатель останавливается. Поэтому М*_max называют также критическим, а скольжение, при котором момент достигает максимума, — критическим скольжением s_кp. Обычно s_крне превышает 0,1...0,15; в двигателях с повышенным скольжением (крановых, металлургических и т. п.) s_кpможет быть значительно большим.

В диапазоне 0 < s < s_крхарактеристика М - f(s) имеет устойчивый характер. Она является рабочей частью механической характеристики двигателя. При скольжениях s > s_кр двигатель в нормальных условиях работать не может. Эта часть характеристики определяет пусковые свойства двигателя от момента пуска до выхода на рабочую часть характеристики.

Трансформаторный режим, т. е. режим, когда обмотка статора подключена

к сети, а ротор неподвижен, называют также режимом

Рис. 2.2. Зависимость тока и момента

асинхронного двигателя от скольжения

короткого замыкания двигателя. При s= 1 ток двигателя в несколько раз превышает номинальный, а охлаждение много хуже, чем при номинальном режиме. Поэтому в режиме короткого замыкания асинхронный двигатель, не рассчитанный для работы при скольжениях, близких к единице, может находиться лишь в течение нескольких секунд.

Режим короткого замыкания возникает при каждом пуске двигателя, однако в этом случае он кратковременен. Несколько пусков двигателя с короткозамкнутым ротором подряд или через короткие промежутки времени могут привести к превышению допустимой температуры его обмоток и к выходу двигателя из строя.

3. АНАЛИТИЧЕСКОЕ И ГРАФИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ АСИНХРОННОЙ МАШИНЫ

Электромеханическое преобразование энергии может происходить в асинхронной машине в следующих трех режимах:

в режиме двигателя 0 < s < l, Ω₁ > Ω > 0;

в режиме генератора s < 0, Ω > Ω₁;

в режиме тормоза s > 1, Ω < 0.

Кроме того, важны еще два характерных режима работы, в которых электромеханическое преобразование энергии не происходит: режим идеального холостого хода (s = 0, Ω = Ω₁) и режим короткого замыкания (s = 1, Ω = 0).

В режиме двигателя (область Д на рис. 3.2) под воздействием электромагнитного момента Μ > 0, направленного в сторону поля, ротор машины вращается в сторону поля со скоростью, меньшей, чем скорость поля (Ω₁ > Ω > 0, 0 < s < 1). В этом режиме

Ρ_эм = ΜΩ₁=

>0; Ρ_мех = ΜΩ=Ρ_э2 >0.

Электрическая мощность Р₁= Р_эм+ Р_м+ Р_э1 > 0 преобразуется в механическую мощность Р₂ = Р_мех— Ρ_д— Ρ_Ί> 0, передаваемую через вал приводимой в движение машины.

Энергетические процессы в режиме двигателя иллюстрируются рис. 3.1, а, на котором направление активной составляющей тока ротора i_2асовпадает с индуктированной в роторе ЭДС. Направление электромагнитного момента Μ определяется электромагнитной силой B_mi_2a, действующей на ток i_2a.

Полезная механическая мощность Р₂оказывается меньше потребляемой из сети мощности на потери ΣΡ:

Ρ₂ = Ρ₁-ΣΡ = Ρ₁ -(Ρ_э1 + Ρ_м+Ρ_э2 + Ρ_д + Ρ_т),

И КПД двигателя выражается формулой:

η=

= 1- = f(s)

В режиме генератора (область Г на рис. 3.2) под воздействием внешнего момента М_в > 0, направленного в сторону поля (рис. 3.1, б), ротор машины вращается со скоростью, превышающей скорость поля (Ω > Ω₁, s < 0). В этом режиме в связи с изменением направления вращения поля (Ω^) относительно ротора активная составляющая тока ротора г'_2а изменяет свое направление иа обратное (по сравнению с двигательным режимом). Поэтому электромагнитный момент Μ = B_mi_2a, уравновешивающий внешний момент, направлен против поля и считается отрицательным (М < 0), мощности Р_э„ и Р_тхтакже отрицательны:

Ρ_эм = ΜΩ₁=

< 0; Ρ_мех = ΜΩ=Ρ_э2 < 0.

Рис. 3.1. Режимы работы асинхронной машины.

а — двигательный;

б — генераторный;

в — тормоза;

г — трансформатора (или короткого замыкания).

Направление преобразования энергии изменяется на обратное: механическая мощность Р_г, подведенная к валу машины, преобразуется в электрическую мощность P_ltпоступающую в сеть. Поскольку мощность потерь всегда положительна (в любом режиме работы эти мощности превращаются в тепло), механическая мощность:

Ρ_мех =Ρ_эм - Ρ_э2 < 0 приs < 0

по абсолютному значению больше, чем электромагнитная (рис. 3.2):

|Ρ_мех| = | Ρ_эм | + Ρ_э2

Рис. 3.2. Электромеханические характеристики асинхронной машины (в относительных единицах при 1/_х = 1; /₀ = 0,364; cos <р₀ = 0,185; Х_г= Х'₂= 0,125; К_г= 0,0375; R'_s = 0,0425).

По той же причине потребляемая механическая мощность

P₂ = P₁ - ΣΡ < 0

по абсолютному значению на потери больше электрической мощности, отдаваемой в сеть:

|Ρ₂| = | Ρ₁ | + ΣΡ,

и КПД генератора

η=

= 1- .

В режиме тормоза (область Т на рис. 3.2) под воздействием внешнего момента М_в< 0, направленного против вращения поля (рис. 3.1, в), ротор машины вращается в сторону, противоположную полю (Ω<0, s =

>1). В этом режиме электромагнитный момент М, уравновешивающий внешний момент, как и в режиме двигателя (направление вращения поля Ω.₅относительно ротора остается таким же, как в режиме двигателя), направлен в сторону поля и считается положительным (М > 0). Однако, поскольку Ω < 0, механическая мощность оказывается отрицательной:

Ρ_мех = ΜΩ=Ρ_э2

< 0

Это означает, что она подводится к асинхронной машине. Электромагнитная мощность в этом режиме положительна:

Ρ_эм = ΜΩ₁=

>0

Это означает, что она поступает из сети в машину.

Подведенные к ротору машины со стороны сети |Ρ_эм| и вала |Ρ_мех| мощности превращаются в электрические потери Р_э2 в сопротивлении ротора R'₂(рис. 3.2):

|Ρ_мех| + | Ρ_эм | = Ρ_э2

+ Ρ_э2 = Ρ_э2 = m₁R'₂(I '₂)² .

Асинхронная машина в этом режиме может быть использована для притормаживания опускаемого подъемным краном груза. При этом мощность | Ρ_мех | = | ΜΩ | поступает в ротор машины (см. рис. 3.1).

В режиме идеального холостого хода внешний вращающий момент Μ_в, момент трения Μ_т= Ρ_т/Ω и момент, связанный с добавочными потерями, М_д = Ρ_д/Ω равны нулю. Ротор вращается со скоростью поля (Ω = Ω₁, s = 0) и не развивает полезной механической мощности (М = 0, Р_мех = ΜΩ = 0).

В режиме идеального холостого хода внешний момент, приложенный к валу машины, равен нулю (М_в = 0). Считается также, что отсутствует момент от трения вращающихся частей. Ротор машины вращается с той же угловой скоростью, что и вращающееся поле (Ω = Ω₁), скольжение равно нулю (s = 0); ЭДС и токи в обмотке ротора не индуктируются(I₂=0), и электромагнитный момент, уравновешивающий внешний момент и момент сил трения, равен нулю (М = 0).