Кинематическая схема электропривода. Силы и моменты, действующие в системе электропривода

Стр 1 из 35Следующая ⇒

Электрический привод

Конспект лекций для студентов дневной и заочной форм обучения специальности ЭС (электроснабжение)

Автор Столбов Б. М.

Рецензент к.т.н., доцент Ромодин А. В.

к.т.н., доцент Лыков А. Н.

Пермь 2010

Содержание

Введение. 3

1. Механика электропровода. 6

1.1 Кинематическая схема электропривода. Силы и моменты, действующие в системе электропривода. 6

1.2 Механические характеристики производственных механизмов при типовых нагрузках. 7

Для теории и практики электропривода большое значение имеют понятия механической характеристики рабочей машины. 7

1.3 Приведение J, М_с F_c, m и С – жесткостей упругих элементов к расчетной скорости и расчетные схемы механической части электропривода. 10

1.4 Уравнение движения и режимы работы электропривода как. 16

динамической системы. 16

2. Понятие об электромеханических и механических характеристиках и режимах работы двигателей. 20

3. Электромеханические свойства электродвигателей. 23

3.1 Естественные и искусственные электромеханические и механические характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения. 23

3.2 Тормозные режимы двигателя независимого возбуждения. 30

Торможение с рекуперацией энергии в сеть. 30

Торможение противовключением. 32

Динамическое торможение. 35

3.3 Расчет механических характеристик двигателя независимого возбуждения 36

3.4 Расчет сопротивлений для якорной цепи ДНВ.. 37

3.5 Естественные и искусственные механические характеристики двигателя постоянного тока последовательного возбуждения (ДПВ) 42

3.6 Тормозные режимы двигателей последовательного возбуждения. 48

3.7 Расчет искусственных электромеханических и механических характеристик ДПВ. 53

3.8 Расчет пусковых сопротивлений для якорной цепи ДПВ.. 55

3.9 Электромеханические свойства двигателя постоянного тока смешанного возбуждения (ДСВ) 57

3.10 Расчет тормозных сопротивлений для двигателей постоянного тока. 59

3.11 Естественные механическая и электромеханическая характеристика асинхронного двигателя (АД) 62

3.12 Искусственные механические характеристики АД при изменении параметров цепей двигателя и питающей сети. 67

3.13 Тормозные режимы асинхронного двигателя. 71

3.14 Расчет естественной и искусственных механических характеристик АД.. 78

3.15 Расчет сопротивлений для роторной цепи АД.. 81

3.16 Электромеханические свойства синхронного двигателя СД.. 84

4. Переходные режимы электроприводов. 89

4.1 Общая характеристика переходных режимов электроприводов, их классификация и понятие об оптимальных переходных процессах. 89

4.2 Уравнения электромеханического переходного процесса электропривода с линейной механической характеристикой при М_с=const и ω ₀=const 93

4.3 Переходный процесс электропривода с линейной механической характеристикой при одно – и многоступенчатом пуске в случае М_с=const; ω ₀=const 95

4.4 Переходные процессы электропривода с линейной механической характеристикой при М_с=const; ω ₀=const в тормозных режимах. 99

4.5 Переходные процессы электропривода с линейной механической характеристикой при ω ₀=const, М_с=f(ω ) 103

4.6 Графический метод интегрирования уравнения движения (метод пропорций) 105

4.7 Переходные процессы электропривода с линейной механической характеристикой при ω ₀=f(t) и M_c=const 107

4.8 Переходный процесс в электроприводе с двигателем независимого возбуждения при изменении магнитного потока. 110

5. Регулирование координат электропривода. 115

5.1 Требования к координатам электропривода и формированию его статических и динамических характеристик. 115

5.2 Основные показатели способов регулирования координат электропривода 115

5.3 Системы управляемый преобразователь – двигатель (УП–Д) 120

5.4 Система генератор–двигатель постоянного тока (Г–Д) 120

5.5 Расчет статических механических характеристик в системе Г-Д.. 126

5.6 Система тиристорный преобразователь – двигатель (ТП–Д) 127

5.7 Торможение и реверсирование двигателя в системе ТП-Д и статические механические характеристики реверсивного вентильного электропривода постоянного тока. 133

5.8 Расчет статических механических характеристик в системе ТП-Д.. 139

5.9 Коэффициент мощности и основные технико-экономические показатели системы ТП-Д.. 140

5.10 Законы частотного регулирования асинхронными двигателями. 143

5.11 Статические механические характеристики АД, при частотном управлении с компенсацией падений напряжений. 146

5.12 Система ПЧ-АД с электромашинным и статическим преобразователем частоты и основные технико-экономические показатели. 152

5.13 Регулирование скорости АД в каскадных схемах. Принцип регулирования и понятие об электрическом и электромеханическом каскадах. 155

5.14 Каскад с асинхронным двигателем, работающим в режиме двойного питания 157

5.15 Каскады АД с машиной постоянного тока и вентильным преобразователем 161

5.16 Регулируемый электропривод переменного тока с вентильным двигателем (ВД) 166

6. Нагревание электродвигателей и основы их выбора по мощности. 171

6.1 Общие сведения о нагревании двигателей и нагрузочных диаграммах электроприводов. 171

6.2 Номинальные режимы работы электродвигателей. 174

6.3 Нагревание и охлаждение двигателей при длительном режиме работы с постоянной нагрузкой. 180

6.4 Нагревание двигателей при кратковременном режиме работы с постоянной нагрузкой. 183

6.5 Нагревание двигателей при повторно-кратковременном режиме работы 188

6.6 Предварительный выбор двигателей по мощности. 191

6.7 Проверка допустимой нагрузки двигателя по методу средних потерь. 192

6.8 Определение потерь и КПД двигателя при номинальной и неноминальной нагрузке. 195

6.9 Проверка допустимой нагрузки двигателя по методу эквивалентного (среднеквадратичного) тока. 196

6.10 Проверка допустимой нагрузки двигателя по методам эквивалентного момента и эквивалентной мощности. 199

6.11 Выбор мощности двигателя для работы с длительной неизменной нагрузкой 201

6.12 Выбор мощности двигателя для кратковременного режиме работы.. 203

6.13 Выбор мощности двигателя для повторно-кратковременного режима работы.. 205

6.14 Выбор двигателей для работы в режимах S4 ¸ S8 и выбор преобразователей для регулируемых электроприводов. 208

6.15 Особенности выбора мощности АД с к.з. ротором и определение допустимого числа включений их в час при повторно-кратковременном режиме работы.. 209

7. Энергетика электроприводов. 211

7.1 Потери энергии при установившемся режиме работы нерегулируемого электропривода. 211

7.2 Потери мощности и энергии в установившемся режиме регулируемого электропривода. 213

7.4 Потери энергии при переходных процессах в нерегулируемом электроприводе. 218

7.5 Потери энергии при переходных процессах в регулируемом электроприводе и способы уменьшения потерь энергии. 225

8. Принципы автоматизации процессов. 231

Использованная литература. 237

Введение

Понятие об электроприводе, его назначение и функции. Структура и основные элементы современного электропривода. Типы электроприводов и особенности развития электропривода.

Электроприводом называется электромеханическая система, служащая для приведения в движение рабочих органов механизмов и управления их технологическим процессом. Блок схема электропривода как объекта управления может быть представлена в следующем виде:

Система управления (СУ) электроприводом состоит из энергетической части и информационной части. Энергетическая часть – это преобразовательное устройство, назначение которого – управление потоком энергии, поступающим из сети, с целью регулирования режимами работы двигателя и механизма. Преобразовательное устройство позволяет расширить гибкость управления, позволяет придать характеристикам электропривода нужный вид, что достигается или путем преобразования переменного напряжения промышленной частоты в постоянное (выпрямленное) напряжение, или в переменное напряжение, но другой частоты.

Информационная часть СУ предназначена для фиксации и обработки поступающей информации от ЗУ и ДОС (сравнения сигналов от ЗУ и ДОС). На основе этой информации вырабатываются сигналы управления преобразовательным устройством и двигателем. Сама же СУ обеспечивает электроприводу необходимые статические и динамические свойства.

Передаточное устройство (передаточный механизм) служит для изменения скорости или вида движения (из вращательного в поступательное или наоборот). К передаточному устройству относятся: редукторы, кривошипно-шатунные механизмы, зубчато-реечные или клино-ременные передачи, барабаны с тросами и т.п..

Основной функцией простейшего не автоматизированного электропривода, состоящего только из электродвигателя, питаемого непосредственно от сети, и система управления которого включает в себя пакетный выключатель, или магнитный пускатель, является приведение в движение рабочего механизма с неизменной скоростью.

Автоматизированные электроприводы, имеющие систему автоматического управления, выполняют более широкие функции, обеспечивая рациональное ведение технологического процесса, более высокую производительность механизма при лучшем качестве выпускаемой продукции.

В зависимости от схемы передачи энергии от сети к рабочим органам механизмов различаются три типа электроприводов:

1.Групповой (трансмиссионный).

2.Однодвигательный или индивидуальный.

3.Многодвигательный (тоже индивидуальный).

Групповой электропривод представляет собой систему, в которой один электродвигатель посредством системы шкивов и ремней (трансмиссий) приводит в движение группу рабочих машин или группу рабочих органов одной машины, как показано на приведенном рисунке. В такой системе невозможно регулирование отдельных машин воздействием на двигатель. В настоящее время такой электропривод практически не применяется и представляет интерес лишь с точки зрения истории развития электропривода.

Однодвигательный электропривод представляет собой систему, в которой каждая рабочая машина приводится в движение отдельным, связанным только с ней электродвигателем, как изображено на следующем рисунке.

Примером применения однодвигательного электропривода являются простые металообрабатывающие станки и другие несложные механизмы. Во многих случаях привод осуществляется от электродвигателя специального исполнения, конструктивно представляющего одно целое с самим механизмом. Характерным примером полного совмещения двигателя с рабочим органом механизма является электрорубанок, электрическая дрель.

Можно назвать также электрическую таль, двигатель-ролик (рольганг), применяемый в металлургической промышленности на прокатных станах. Здесь неподвижный статор с обмоткой располагается внутри рольганга, а сам ролик является ротором.

В случае однодвигательного электропривода имеется возможность электрическими методами (воздействием на электродвигатель) регулировать скорость каждой из машин и автоматизировать их работу. При этом значительно сокращается путь передачи энергии от сети к рабочим органам, помещения освобождаются от тяжелых трансмиссий, шкивов, ремней, резко снижается вероятность несчастных случаев. Для механизмов с одним рабочим органом возможен выбор для электропривода двигателя с характеристиками, наиболее полно удовлетворяющим требованиям производственного процесса. Поэтому в настоящее время этот тип электропривода является основным и имеет наибольшее применение.

Однако, при однодвигательном электроприводе машин с несколькими рабочими органами внутри машины еще сохраняется система механического распределение энергии (посредством шестерен и т.п.) с присущей ей недостатками. Поэтому в современных машинах подобного рода широко применяется многодвигательный электропривод, при котором каждый рабочий орган приводится в движение отдельным электродвигателем. Такие электроприводы применяются, например, в сложных металлообрабатывающих станках, бумагоделательных машинах, прокатных станах, электрических экскаваторах. При этом значительно упрощается кинематическая схема машины.

Особенностями развития электропривода на современном этапе является расширение областей применения частотно-регулируемого электропривода переменного тока и вентильного электропривода постоянного тока, расширение и усложнение его функций, связанных с управлением технологическими процессами и соответствующее усложнение систем управления (САУ), повышение требований к динамическим и точностным показателям, увеличение быстродействия, надежности, экономичности, снижение габаритов.

Особенностью развития электропривода является также унификация его элементной базы, создание унифицированных комплектных тиристорных и транзисторных электроприводов, удовлетворяющими требованиям широкого круга механизмов.

Одним из проявлений развития регулируемого электропривода является тенденция к упрощению кинематических схем машин и механизмов, за счет создания безредукторного электропривода с использованием специальных тихоходных двигателей, имеющих номинальную скорость вращения 18-120 оборотов в минуту. Область применения – мощные электроприводы прокатных станков, шахтных подъемных машин, скоростных лифтов, основных механизмов экскаваторов.

Механика электропровода

Динамической системы.

Механическая часть электропривода представляет собой систему движущихся твердых тел. Исследование характера движения рабочей машины или отдельных ее органов может быть произведено на основе решения уравнений движения. Уравнение движения можно получить на основе анализа запасов энергии в системе двигатель – рабочая машина, или на основе анализа второго закона Ньютона. Но наиболее общей формой записи дифференциальных уравнений, определяющих движение системы, в которой число независимых переменных (координат) равно числу степеней свободы системы, является уравнение Лагранжа:

, где

W_k – запас кинетической энергии системы, выраженный через обобщенные координаты q_i и обобщенные скорости .

– обобщенная сила, определяемая суммой элементарных работ DA_i всех действующих в системе сил на возможных перемещениях Dqi.

При наличии в системе потенциальных сил формула Лагранжа принимает вид:

, где

L=W_k-W_n функция Лагранжа, равная разности запасов кинетической и потенциальной энергии.

В трехмассовой упругой системе за обобщение координаты целесообразно принять угловое перемещение масс j₁, j₂, j₃ и соответствующие им угловые скорости w₁, w₂, w₃.

Запас кинетической энергии в системе:

Запас потенциальной энергии деформации упругих элементов, подвергающихся скручиванию:

Здесь М₁₂ и М₂₃ – моменты упругого взаимодействия между инерционными массами J₁ ÷ J₂ и J₂ ÷ J₃, зависящие от величины деформации j₁-j₂ и j₂-j₃.

Элементарная работа всех приложенных к J₁ моментов на возможном перемещении Dj₁.

Следовательно, обобщенная сила .

Аналогично элементарная работа всех приложений ко 2-й и 3-й инерционным массам на их возможных перемещениях Dj₂ и Dj₃:

, и

т.к. ко 2-й и 3-й массам электромагнитный момент двигателя не приложен.

Найдя функцию Лагранжа L=W_k-W_n и учитывая значения Q1`, Q2`и Q3`, после подстановки их в уравнение Лагранжа, получим уравнения движения трехмассовой упругой механической системы:

В случае двухмассовой системы М₂₃=0; J₃=0 и уравнения движения имеют вид:

В случае жесткого приведенного механического звена ; ; , и уравнение его движения имеет вид:

Это уравнение является основным уравнением движения.

В системе электропривода некоторых механизмов имеются кривошипно-шатунные, кулисные и карданные передачи. Для таких механизмов радиус приведения “r” непостоянен, зависит от положения механизма. Так для кривошипно-шатунного механизма, изображенного на рис. 1.12.

Получить уравнение движения в этом случае можно также на основе формулы Лагранжа или на основе составления энергетического баланса системы двигатель – рабочая машина. Воспользуемся для разнообразия последним условием.

Пусть J –суммарный приведенный к валу двигателя момент инерции всех жестко и линейно связанных вращающихся элементов, а m – суммарная масса элементов жестко и линейно связанных с рабочим органом механизма, движущаяся со скоростью V. Запас кинетической энергии в системе:

, где

– суммарный приведенный к валу двигателя момент инерции системы всей системы.

Динамическая мощность:

Разделив на , получим:

имел в виду, что

Возможны 2 режима работы электропривода как динамической системы: установившийся и переходный, причем установившийся режим может быть статическим или динамическим. Установившийся статический режим электропривода с жесткими обратными связями имеет место в случае, если и , т.е. . Для механизмов, у которых М_с зависит от угла поворота, даже при постоянной угловой скорости и имеет место установившийся динамический режим.

Во всех остальных случаях, т.е. при и режим работы электропривода является переходным. Без переходного режима не совершается работа ни одного электропривода.

Электропривод работает в переходном режиме при пуске, торможении, изменении скорости и нагрузки, изменении направления движения, свободном выбеге, отключении от сети и движении по инерции.

Динамическое торможение

Суть этого способа торможения заключается в том, что якорь двигателя отключается от сети и замыкается или накоротко, или на тормозное сопротивление, а обмотка возбуждения остается подключенной к сети, (рис. 3.2.6).

Вследствие того, что ЭДС двигателя по направлению остается такой же, как и до торможения, а напряжение к якорю не приложено, ток, текущий под действием этой ЭДС,

создает тормозной момент. Машина работает генератором. Кинетическая энергия, запасенная в двигателе и вращающихся частях проводимого им механизма, преобразуется в электрическую и рассеивается в форме тепла в сопротивлении якорной цепи. Как и в режиме противовключения понятие КПД здесь утрачивает смысл. Так как при динамическом торможении U=0, то также равна нулю и уравнение механической характеристики имеет вид:

Семейство механических характеристик, соответствующих различным сопротивлениям R_m, изображено на рис. 3.2.6. Все они проходят через начало координат. Наиболее интенсивное торможение получается при замыкании якоря накоротко. При этом характеристика динамического торможения будет параллельна естественной. Однако по условиям ограничения первоначального броска тока замыкание якоря накоротко допустимо только при переводе двигателя в тормозной режим при малых скоростях.

Обычно динамическое торможение осуществляется при Ф=Фн и широко применяется в электроприводах, где требуется точная остановка. Оно может быть использовано и для тормозного спуска груза.

С энергетической точки зрения динамическое торможение выгоднее противовключения, т.к. из сети энергия потребляется только обмоткой возбуждения. Оно обеспечивает плавность торможения, надежно, можно получить характеристики с малой крутизной. Недостатком является уменьшение тормозного момента двигателя по мере снижения скорости.

Естественные и искусственные механические характеристики двигателя постоянного тока последовательного возбуждения (ДПВ)

Принципиальная схема ДПВ изображена на рис. 3.5.1.

Поскольку обмотка ДПВ включена последовательно с обмоткой якоря, его магнитный поток является функцией I_Я (нагрузки). Уравнение равновесия ЭДС якорной цепи и уравнение электромагнитного моменты этого двигателя можно представить в виде:

Здесь

Индуктивность рассеяния якорной цепи L_Я, значительно меньше индуктивности L_В обмотки возбуждения, связанной с главным потоком двигателя. Поэтому в ряде случаев ею можно пренебречь. В установившемся режиме . Поэтому уравнения статических электромагнитной и механической характеристик можно представить в виде:

;

Точное аналитическое выражение механической характеристики этого двигателя дать трудно, т.к. Ф≠ const, так же как сложной является зависимость момента от нагрузки. При номинальном токе магнитная цепь машины насыщена. В связи с этим для получения достаточно подробного представления о характеристике двигателя можно воспользоваться кусочно-линейной аппроксимацией характеристик и намагничивания (рис. 3.5.2).

Начальный участок кривой намагничивания (I_Я≤ 0, 3I_Н и М≤ 0, 15М_Н) с достаточной точностью можно заменить прямой . Тогда , где α – коэффициент пропорциональности. Тогда . Подставив это в уравнение электромеханической характеристики, получим:

Отсюда следует, что при малых нагрузках механическая характеристика ДПВ имеет гиперболический характер.

Второй участок линейной аппроксимации кривой намагничивания, соответствует значениям I_Я до 1, 3I_Н и М до 1, 4М_Н. Для этого участка зависимости потока от тока и момента имеют вид и , где ; α ₁ – тоже коэффициент пропорциональности, а Ф₀ – поток остаточной индукции. Если подставить значения Ф в уравнение электромеханической характеристики, получим неявно выраженную гиперболу.

При нагрузках по току I_Я> 1, 3I_Н, и моменту М> 1, 4М_Н магнитный поток машины становится практически постоянным и механическая характеристика ее приобретает линейный характер. Скорость двигателя уменьшается лишь за счет падения напряжения в якорной цепи (рис. 3.5.3).

При практических расчетах полученным уравнением механической характеристики (если сложить ее отдельные участки, соответствующие указанным выше нагрузкам по току и моменту) пользоваться нельзя, т.к. оно получено в предположении ненасыщенной магнитной системы, а современные двигатели с такой системой не строятся. Поэтому при расчетах электроприводов с ДПВ применяют графические и графоаналитические методы с использованием экспериментальных зависимостей его скорости, момента и потока от тока якоря. Эти зависимости приводятся в каталогах для каждого типа двигателей в абсолютных, а в справочниках – в относительных единицах в виде универсальных характеристик для двигателей до 10кВт и выше 10кВт (см. рис.3.5.4).

Зная номинальные данные двигателя и пользуясь этими универсальными характеристиками, можно, задаваясь различными значениями тока якоря, найти ω и М по кривым и и построить естественную характеристику . Однако нужно помнить, что это будет зависимость скорости от момента на валу.

Обычно эти кривые для ДПВ серии ДП, Д, МП, т.е. тех двигателей, которые применяются чаще всего в магистральном электротранспорте, трамваях, самоходных вагонах, средствах внутризаводского транспорта и т.п.

Искусственные механические характеристики ДПВ можно получить тем же способом что и для ДНВ.

При изменении напряжения на зажимах двигателя характеристики перемещаются параллельно естественной вверх или вниз (см. рис. 3.5.5).

При введении сопротивления якорную цепь двигателя скорость его уменьшается, характеристики смещаются вниз, они становятся более мягкими (рис. 3.5.6).

Для получения скоростей двигателя при U=const, превышающих скорости на естественной характеристике, ослабляется магнитный поток машины шунтированием обмотки возбуждения (рис. 3.5.7).

Характеристика при ослабленном потоке располагается выше естественной, но она более мягкая (ее жесткость при каждой данной скорости меньше, чем на естественной характеристике (рис. 3.5.8)).

Рис. 3.5.8

Из приведенных графиков видно, что скорость ДПВ при работе как на естественной, так и на искусственных характеристиках, при увеличении нагрузки резко падает. Поэтому ДПВ непригодны для электроприводов, требующих постоянства скорости при меняющейся нагрузке.

При идеальном холостом ходе скорость ДПВ теоретически может возрасти до бесконечности. В действительности всегда есть трение в подшипниках, о воздух и т.п. и есть поток остаточной индукции, составляющей (0, 02÷ 0, 09)Ф_Н. Поэтому скорость не возрастает до бесконечности, но может в 5÷ 7 раз превышать номинальную, и во избежание опасности разноса двигателя его нельзя с приводным механизмом соединять при помощи ременной и цепной передачи. С учетом возможного резкого увеличения скорости при сбросе нагрузки ДПВ рассчитывают на .

Электромеханические свойства двигателя постоянного тока смешанного возбуждения (ДСВ)

Двигатель смешанного возбуждения, принципиальная схема которого изображена на рис. 3.9.1, имеет две обмотки возбуждения – параллельную (независимую) и последовательную. Поэтому его свойства и характеристики занимают промежуточное положение между ДНВ и ДПВ. Практически МДС обмоток возбуждения действуют согласованно.

Естественные электромеханические характеристики ДСВ приводятся в каталогах. Благодаря наличию параллельной обмотки возбуждения ДСВ имеет скорость идеального холостого хода. При малых нагрузках, когда машина еще не насыщена, поток возрастает от прибавления к постоянному потоку параллельной обмотки потока последовательной обмотки возбуждения и скорость резко снижается (см. график на рис. 3.9.2). При больших нагрузках машина насыщается и хотя МДС последовательной обмотки растет, поток машины почти не меняется. Поэтому скорость снижается незначительно лишь за счет падения напряжения в цепи якоря. Чем больше МДС последовательной обмотки, т.е. чем больше нагрузка, тем мягче характеристики (пунктирные кривые на рис. 3.9.2)

При изменении подводимого напряжения характеристики перемещаются параллельно самим себе.

ДСВ позволяет иметь все три способа электрического торможения. Они имеют несколько особенностей по сравнению с тормозными режимами ДНВ и ДПВ. При ω > ω ₀ двигатель переходит в режим с рекуперацией энергии в сеть. Ток в якоре и последовательной обмотке при этом меняет направление и может размагнитить машину. С увеличением тока тормозной момент нарастает очень медленно, а при больших токах может даже уменьшаться. Наибольший тормозной момент составляет (0, 3÷ 0, 7)М_Н и имеет место при ω =2ω ₀.

Характеристики при этом во II квадранте, идут круто вверх (см. рис.3.9.3). Во избежание размагничивающего действия последовательной обмотки при переходе в данный тормозной режим ее шунтируют (отключают), превращая этим самым, двигатель в генератор независимого возбуждения. Поэтому механические характеристики во II квадранте превращаются в прямые (пунктир).

Режим противовключения практически не отличается от этого режима ДПВ.

Для перевода ДСВ в режима динамического торможения якорная цепь отключается от сети и замыкается на тормозное сопротивление. Поскольку ток в последовательной обмотке при этом изменит направление, машина будет размагничиваться. Поэтому обычно эту обмотку возбуждения отключают и торможение осуществляется только при обмотке параллельного возбуждения. Механические характеристики при этом имеют вид штриховых прямых, как показано на рис. 3.9.4.

Естественные механическая и электромеханическая характеристика асинхронного двигателя (АД)

Основным методом анализа установившихся режимов асинхронного двигателя является использование схем замещения. При этом обычно рассматриваются явления, относящиеся к одной фазе двигателя при соединении обмоток статора и ротора в звезду. Одной из таких схем является Т-образная схема замещения, изображенная на рис. 3.11.1 (в ней не учитываются потери в стали машины).

В соответствии с этой схемой для основных величин, характеризующих работу АД, в курсе электрических машин получены такие выражения:

Приведенный ток ротора

;

Электромагнитная мощность:

;

Электромагнитный момент:

Критический момент:

;

Номинальное и критическое скольжения:

; ;

Т.к в АД при отсутствии в цепи ротора добавочного сопротивления r₁@r'₂, то можно найти соотношение

Здесь – перегрузочная способность двигателя по М. Поделив М на М_КР, после преобразований получим уравнение механической характеристики АД, называемое уравнением Клосса.

Задаваясь различными значениями скольжения, можно построить естественную механическую характеристику двигателя во всем возможном диапазоне изменения скольжения. На рис. 3.11.2 приведены естественные характеристики АД для прямого и обратного действия электромагнитного момента.

Если пренебречь активным сопротивлением r₁ обмотки статора, что вполне допустимо для АД большой мощности, то e=0 и уравнение механической характеристики принимает вид (это тоже формула Клосса):

В значительном числе случаев работа АД нормально протекает при S от 0 до (1, 2¸ 1, 5)S_H, т.е. при S< (0, 35¸ 0, 4)S_KP. Это обстоятельство позволяет в упрощенном выражении механической характеристики пренебречь отношением , которое в 8÷ 10 раз меньше . В этом случае механическая характеристика АД может быть представлена прямой, описываемой уравнением (в пределах до М_Н):

Следует иметь в виду, что формулы Клосса достаточно точно описывают механические характеристики АД с фазным ротором. В к.з. АД, выпускаемых обычно с относительно глубокими пазами в роторе, либо с двойной беличьей клеткой, имеется в той или иной степени явление вытеснения тока в стержнях ротора. Поэтому их параметры непостоянны и механические характеристики значительно отличаются от характеристик, рассчитанных по формулам Клосса. Однако, эти формулы благодаря своей простоте позволяют выполнять многие расчеты и делать общие заключения о свойствах и работе АД. В тех же случаях, когда необходима большая точность, должны использоваться экспериментально снятые механические характеристики. У некоторых к.з. АД при малых скоростях механическая характеристика имеет провал, (см. рис.3.11.3), вызванный влиянием высших гармоник поля, с чем следует считаться при пуске двигателя под нагрузкой.

Электромеханические характеристики АД представляют собой зависимости и . Т.к. ток ротора является основной величиной для оценки режима работы двигателя, рассмотрим зависимость .

При использовании формулы

это не всегда удается сделать ввиду отсутствия данных о сопротивлениях обмоток двигателя. В связи с этим для получения зависимости воспользуемся формулой Клосса и выражением электромагнитного момента.

Отсюда

При номинальном режиме:

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒