Асинхронный двигатель характеристики: §79. Характеристики асинхронных двигателей

§79. Характеристики асинхронных двигателей

Характеристики асинхронных двигателей. Для правильной эксплуатации асинхронного двигателя необходимо знать его характеристики: механическую и рабочие.

Механическая характеристика. Зависимость частоты вращения ротора от нагрузки (вращающегося момента на валу) называется механической характеристикой асинхронного двигателя (рис. 262, а). При номинальной нагрузке частота вращения для различных двигателей обычно составляет 98—92,5 % частоты вращения n₁ (скольжение s_ном = 2 – 7,5 %). Чем больше нагрузка, т. е. вращающий момент, который должен развивать двигатель, тем меньше частота вращения ротора. Как показывает кривая

Рис. 262. Механические характеристики асинхронного двигателя: а — естественная; б — при включении пускового реостата

на рис. 262, а, частота вращения асинхронного двигателя лишь незначительно снижается при увеличении нагрузки в диапазоне от нуля до наибольшего ее значения. Поэтому говорят, что такой двигатель обладает жесткой механической характеристикой.

Наибольший вращающий момент M_max двигатель развивает при некоторое скольжении s_kp, составляющем 10—20%. Отношение M_max/M_ном определяет перегрузочную способность двигателя, а отношение М_п/М_ном — его пусковые свойства.

Двигатель может устойчиво работать только при обеспечении саморегулирования, т. е. автоматическом установлении равновесия между приложенным к валу моментом нагрузки М_вн и моментом М, развиваемым двигателем. Этому условию соответствует верхняя часть характеристики до достижения M_max (до точки В). Если нагрузочный момент М_вн превысит момент M_max, то двигатель теряет устойчивость и останавливается, при этом по обмоткам машины будет длительно проходить ток в 5—7 раз больше номинального, и они могут сгореть.

При включении в цепь обмоток ротора пускового реостата получаем семейство механических характеристик (рис. 262,б). Характеристика 1 при работе двигателя без пускового реостата называется естественной. Характеристики 2, 3 и 4, получаемые при подключении к обмотке ротора двигателя реостата с сопротивлениями R_1п (кривая 2), R_2п (кривая 3) и R_3п (кривая 4), называют реостатными механическими характеристиками. При включении пускового реостата механическая характеристика становится более мягкой (более крутопадающей), так как увеличивается активное сопротивление цепи ротора R₂ и возрастает s_кp. При этом уменьшается пусковой ток. Пусковой момент М_п также зависит от R₂. Можно так подобрать сопротивление реостата, чтобы пусковой момент М_п был равен наибольшему М_max.

В двигателе с повышенным пусковым моментом естественная механическая характеристика приближается по своей форме к характеристике двигателя с включенным пусковым реостатом. Вращающий момент двигателя с двойной беличьей клеткой равен сумме двух моментов, создаваемых рабочей и пусковой клетками. Поэтому характеристику 1 (рис. 263) можно получить путем суммирования характеристик 2 и 3, создаваемых этими клетками. Пусковой момент М_п такого двигателя значительно больше, чем момент М’_п обычного короткозамкнутого двигателя. Механическая характеристика двигателя с глубокими пазами такая же, как и у двигателя с двойной беличьей клеткой.

Рабочие характеристики. Рабочими характеристиками асинхронного двигателя называются зависимости частоты вращения n (или скольжения s), момента на валу М₂, тока статора I₁ коэффициента полезного действия ? и cos?₁, от полезной мощности Р₂ = Р_mx при номинальных значениях напряжения U₁ и частоты f₁ (рис. 264). Они строятся только для зоны практической устойчивой работы двигателя, т. е. от скольжения, равного нулю, до скольжения, превышающего номинальное на 10—20%. Частота вращения n с ростом отдаваемой мощности Р₂ изменяется мало, так же как и в механической характеристике; вращающий момент на валу М₂ пропорционален мощности Р₂, он меньше электромагнитного момента М на значение тормозящего момента М_тр, создаваемого силами трения.

Ток статора I₁, возрастает с увеличением отдаваемой мощности, но при Р₂ = 0 имеется некоторый ток холостого хода I₀. К. п. д. изменяется примерно так же, как и в трансформаторе, сохраняя достаточно большое значение в сравнительно широком диапазоне нагрузки.

Наибольшее значение к. п. д. для асинхронных двигателей средней и большой мощности составляет 0,75—0,95 (машины большой мощности имеют соответственно больший к. п. д.). Коэффициент мощности cos?₁ асинхронных двигателей средней и большой мощности при полной нагрузке равен 0,7—0,9. Следовательно, они загружают электрические станции и сети значительными реактивными токами (от 70 до 40% номинального тока), что является существенным недостатком этих двигателей.

Рис. 263. Механическая характеристика асинхронного двигателя с повышенным пусковым моментом (с двойной беличьей клеткой)

Рис. 264. Рабочие характеристики асинхронного двигателя

При нагрузках 25—50 % номинальной, которые часто встречаются при эксплуатации различных механизмов, коэффициент мощности уменьшается до неудовлетворительных с энергетической точки зрения значений (0,5—0,75).

При снятии нагрузки с двигателя коэффициент мощности уменьшается до значений 0,25—0,3, поэтому нельзя допускать работу асинхронных двигателей при холостом ходе и значительных недогрузках.

Работа при пониженном напряжении и обрыве одной из фаз.
Понижение напряжения сети не оказывает существенного влияния на частоту вращения ротора асинхронного двигателя. Однако в этом случае сильно уменьшается наибольший вращающий момент, который может развить асинхронный двигатель (при понижении напряжения на 30% он уменьшается примерно в 2 раза). Поэтому при значительном падении напряжения двигатель может остановиться, а при низком напряжении — не включиться в работу.

На э. п. с. переменного тока при уменьшении напряжения в контактной сети соответственно уменьшается и напряжение в трехфазной сети, от которой питаются асинхронные двигатели, приводящие во вращение вспомогательные машины (вентиляторы, компрессоры, насосы). Для того чтобы обеспечить нормальную работу асинхронных двигателей при пониженном напряжении (они должны нормально работать при уменьшении напряжения до 0,75U_ном), мощность всех двигателей вспомогательных машин на э. п. с. берется примерно в 1,5—1,6 раза большей, чем это необходимо для привода их при номинальном напряжении. Такой запас по мощности необходим также из-за некоторой несимметрии фазных напряжений, так как на э. п. с. асинхронные двигатели питаются не от трехфазного генератора, а от расщепителя фаз. При несимметрии напряжений фазные токи двигателя будут неодинаковы и сдвиг между ними по фазе не будет равен 120°. В результате по одной из фаз будет протекать больший ток, вызывающий увеличенный нагрев обмоток данной фазы. Это заставляет ограничивать нагрузку двигателя по сравнению с работой его при симметричном напряжении. Кроме того, при несимметрии напряжений возникает не круговое, а эллиптическое вращающееся магнитное поле и несколько изменяется форма механической характеристики двигателя. При этом уменьшаются его наибольший и пусковой моменты. Несимметрию напряжений характеризуют коэффициентом несимметрии, который равен среднему относительному (в процентах) отклонению напряжений в отдельных фазах от среднего (симметричного) напряжения. Систему трехфазных напряжений принято считать практически симметричной, если этот коэффициент меньше 5 %.

При обрыве одной из фаз двигатель продолжает работать, но по неповрежденным фазам будут протекать повышенные токи, вызывающие увеличенный нагрев обмоток; такой режим не должен допускаться. Пуск двигателя с оборванной фазой невозможен, так как при этом не создается вращающееся магнитное поле, вследствие чего ротор двигателя не будет вращаться.

Использование асинхронных двигателей для привода вспомогательных машин э. п. с. обеспечивает значительные преимущества по сравнению с двигателями постоянного тока. При уменьшении напряжения в контактной сети частота вращения асинхронных двигателей, а следовательно, и подача компрессоров, вентиляторов, насосов практически не изменяются. В двигателях же постоянного тока частота вращения пропорциональна питающему напряжению, поэтому подача этих машин существенно уменьшается.

Характеристики асинхронного двигателя ~ Электропривод

К энергетическим характеристикам асинхронного двигателя относятся КПД двигателя(η) коэффициент мощности (cosφ) и скольжение S.
коэффициент полезного действия (η) вычисляется как отношение полезной мощности на валу двигателя Р2 кВт, к активной мощности, потребляемой двигателем из сети Р1 кВт;
η = Р2/ Р1 коэффициент мощности (cos(φ)вычисляется как отношение потребляемой активной мощности Р1 кВт, к полной мощности, потребляемой из сети S1 кВА;

По ГОСТ Р. 51677-2000 асинхронные двигатели общепромышленного назначения делятся на двигатели с нормальным КПД и двигатели с повышенным КПД. У асинхронных двигателей с повышенным КПД, суммарные потери не меньше, чем на 20%, чем у двигателей с нормальным КПД такой же мощности и частоты вращения. Коэффициенты мощностей (cosφ) асинхронных двигателей определены в ГОСТ.Р 51677. Значения КПД и cosφ конкретного асинхронного двигателя можно узнать по каталогу или по шильдику.

Причем КПД и cosφ асинхронного двигателя определяются и нагрузкой машины. В справочниках по электрическим машинам можно увидеть эти зависимости.

Линейный ток двигателя можно определить исходя из номинальной полезной мощность (Р2, кВт), номинального напряжения (UH, В ), КПД (η) и cosφ.

Мощность, потребляемая из сети можно определить из формулы:

Скольжение вычисляется как разницу между номинальной n1 и синхронной nc частотой вращения двигателя, приведенной к номинальной скорости двигателя n1:

Номинальную частоту вращения ротора n1 или скольжение (S, %)можно определить по каталогу двигателя или прочесть на его шильдике.

Механические и пусковые характеристики асинхронного двигателя

Одной из основных характеристик асинхронного двигателя, является механическая характеристика. Механической характеристикой называют зависимость скорости вращения или скольжения от вращающего момента на валу двигателя. Она позволяет сравнить и согласовать механические свойства двигателя и рабочего механизма. Соответственно, зависимость скорости вращения или скольжения от тока статора называют электромеханической характеристикой.

Механическая характеристика асинхронного двигателя определяет зависимость момента на валу двигателя от скольжения, при сохранении неизменного напряжении и частоты питающей сети

Пусковые характеристики определяют величину пускового моментаMп, минимального момента Мmin, максимального или критического момента Мкр., пускового тока Iп или пусковой мощности Sп или их отношениями. Диаграмма момента, приведенного к номинальному моменту, от скольжения получила название относительной механической характеристики.

Номинальный вращающий момент можно определить по формуле:

P2н- номинальная мощность , кВт,
N1н- номинальная частота вращенияю, об/мин.

Пусковые характеристики асинхронного двигателя

Пусковые характеристики асинхронного двигателя регламентирует ГОСТ 28327 ( МЭК 60034 — 12), а их значения приводятся в каталогах. Стандартные асинхронные двигатели могут иметь два исполнения по механическим характеристикам, которые определены в ГОСТ 28327 и МЭК 60034-12:
N – двигатели с нормальный моментом;
Н –двигатели с повышенным моментом.

Двигатели , изготовленные в исполнении N, рассчитывают на два последовательных пуска с остановкой между пусками из холодного состояния или на один пуск из нагретого состояния, после работы при номинальной нагрузке.

Момент сопротивления нагрузки при запуске прямо пропорционален квадрату частоты вращения и равняется номинальному моменту при номинальной частоте вращения, а значение внешнего момента инерции, γ , кг*м2, не должно превышать рассчитанного по формуле

где Р-номинальная мощность двигателя, кВт;
р — число пар полюсов;

При построении характеристики предполагается, что момент сопротивления нагрузки остается постоянным и равен номинальному моменту. Кроме того он не зависит от частоты вращения. Значение же внешнего момента инерции не превышаетт 50% величины, полученной по приведенной выше формуле.

Механические характеристики асинхронных мшин зависят в том числе и от типа ротора, его номинальной мощности, и от числа пар полюсов.

Ввиду того, что разность в значениях момента при соответствующих скольжениях у двигателей с различным числом пар полюсов невелика, и не превышает значения поля допуска на моменты. Различные механические характеристики для разных исполнений асинхронных двигателей показаны на рис

1 — исполнение N; 2 — исполнение Н; 3 — с повышенным скольжением. Механические характеристики группы двигателей, одной серии, или ее части обычно укладываются в некоторую зону. По средней линии этой зоны можно составить групповую механическую характеристику. Величина зоны групповой характеристики меньше поля допуска двигателей на моменты.

устройство, принцип работы, технические характеристики, типы асинхронных двигателей

Асинхронные двигатели представляют собой наиболее надежный и дешевый электрический двигатель по себестоимости, в сравнении с остальными электрическими машинами, в том числе и с машинами переменного тока.

Устройство асинхронного двигателя

Конструкция АД включает две главных основные части, это: неподвижный статор и вращающийся в нем – ротор. Между ними существует, разделяющий их воздушный зазор. И ротор, и статор имеют обмотку. Обмотка статора двигателя подключается к электрической сети переменного напряжения и считается первичной. Обмотка ротора считается вторичной, так получает электроэнергию от статора за счет создаваемого магнитного потока.

Корпус статора, который является одновременно корпусом всего электродвигателя, состоит из запрессованного в него сердечника, в его пазы укладываются, изолированные друг от друга электротехническим лаком, проводники обмотки. Его обмотка подразделяется на секции, соединяемые  в катушки, составляющих фазы двигателя к которым подключены фазы электросети.

Конструкция ротора АД включает вал и сердечник, набранный из пластин электротехнической стали, с симметрично расположенными пазами для укладки проводников обмотки. Вал предназначен для передачи крутящего момента от вала двигателя к приводному механизму.

По конструктивным особенностям ротора, электродвигатели подразделяются на двигатель с короткозамкнутым или фазным ротором.

Короткозамкнутый ротор состоит из алюминиевых стержней, которые расположены в сердечнике и замкнуты на торцах кольцами так называемое беличье колесо. В двигателях высокой мощности, до 400 кВт, пазы между пластинами ротора и шихтованным сердечником залиты алюминием под высоким давлением, благодаря чему создается повышенная прочность.

Фазный ротор АД включает некоторое число катушек от 3, 6, 9 и т. д., в зависимости от количества пар полюсов. Катушки сдвинуты на угол 120о, 60о и т. д. по отношению друг к другу. Количество пар полюсов ротора должны соответствовать количеству пар полюсов статора. Обмотки фазного ротора соединены в «звезду», концы, которой выводят к контактным токосъемным кольцам, соединенным с помощью щеточного механизма пусковым реостатом.

Принцип работы

По какому принципу работает асинхронный двигатель?

При подаче на трехобмоточный статор двигателя трехфазного напряжения от электрической сети переменного тока, происходит возбуждение магнитного поля, оно вращается со скоростью большей, чем скорость, с которой вращается ротор, в (n2<n1). Пересечение линий вращающегося поля статора полем ротора способствует созданию электродвижущей силы (ЭДС). Под воздействием индутируемой ЭДС, в закороченной роторной обмотке, происходит возникновение электрического тока. Когда происходит взаимодействие электрического тока в роторе машины и магнитного поля статора происходит возникновение крутящего момента, который заставляет двигатель работать.

Технические характеристики асинхронных двигателей

Главные условия, соответствующие качественной работе асинхронной машины, определенны ГОСТ. В них входят:

• Соответствие размеров и мощности – ГОСТу.
• Соответствие степени защиты – условиям эксплуатации.
• Высокий уровень изоляции, относительно устойчивости к нагреву.
• Климатическое исполнение электродвигателя должно соответствовать региону использования.
• Соответствие режимам работы.
• В должной мере представлены способы охлаждения.
• Уровень шума при работе двигателя на (ХХ) холостом ходу должен соответствовать по ГОСТ, и не превышать 2-й класс.

Параметры и режимы работы

На основании вышеприведенных признаков подразумеваются следующие режимы работы, всего их 9:

• Продолжительный или длительный режим с постоянной нагрузкой– S1;
• Кратковременный, с полной нагрузкой – в течение заданного времени – S2;
• Периодический кратковременный – в течение определенного по времени чередующимися периодами с полной нагрузкой – S3;
• Режим с длительным периодом пуска, с определенными циклами работы в течение заданного периода времени– S4;
• С быстрым торможением при помощи электрического способа – S5;
• С кратковременной полной величиной нагрузки, режим включает циклы с полной токовой нагрузкой и холостым ходом – S6;
• Режим с торможением электрическим способом, в течение длительного непрерывного периода работы – S7;
• С изменением величины токовой нагрузки и значения скорости вращения, происходящими одновременно, с различными по протяженности периодами и с разной частотой вращения двигателя – S8;
• Изменение скорости вращения нагрузки, происходящее в неопределенные периоды времени, изменение величины токовой нагрузки и скорости вращения соответственно рабочему диапазону – S9.

Основные параметры – это: напряжение по номинальному пределу, частота, ток номинальный, мощность на валу двигателя, количество оборотов вращения вала, КПД (коэффициент полезного действия), коэффициент мощности. При соединении обмоток электродвигателя в треугольник или звезду дается параметр их напряжения и тока при обоих этих соединениях.

При пуске АД на полное значение напряжения создается высокий пусковой ток, в это время значение пускового момента невелико, для его увеличения применяется повышение активного сопротивления вторичной цепи.

Режимы торможения

Асинхронный двигатель имеет три режима торможения.

• Во время торможения происходит отдача электрической энергии в сеть, характеризуется тем, что скорость вращения ротора выше скорости магнитного поля;
• Противовключение, этот режим возникает за счет увеличения статического момента или при переключении обмоток статора для другого направления вращения;
• Динамическое торможение, наведенная ЭДС создает ток, который взаимодействуя с полем, создает тормозной момент.

Основные типы асинхронных двигателей

Кроме подразделения по признаку, разделяющему двигатели в зависимости от устройства ротора на короткозамкнутый или фазный, электродвигатели делятся по конструктивным признакам, базового и модифицированного изготовления.

В базовое исполнение входят электродвигатели монтажного IM1001 (1081) или климатического УЗ,  для работы в режиме S1 исполнения, с требуемыми стандартами по ГОСТ.

В модифицированном исполнении присутствуют некоторые конструктивные отличия, соответствующие особенностям монтажа, усиленной степени защиты, характерному климатическому исполнению, предназначенные для использования в определенном регионе.

Асинхронные двигатели высокой мощности со степенью защиты, характерной для закрытого электродвигателя от попадания влаги и брызг, IP23 — 4 А, 5 А.

Взрывозащищенные двигатели, используемые для предприятий первой категории по электробезопасности.

АД специального предназначения используются в узкоспециализированном профиле, например, для лифтов, подъемных механизмов, транспорта.

Энергоэффективные асинхронные электродвигатели

Изготовление двигателей для специальных и строго определенных условий эксплуатации положительно сказывается на энергосбережении, это позволяет адаптировать электродвигатель к определенному электроприводу, что позволяет достичь наибольшего коэффициента экономической эффективности при эксплуатации. Проектирование асинхронного электродвигателя к регулируемому электроприводу обеспечивает эффективное энергосбережение.

Энергоэффективность достигается за счет увеличения длины сердечника статора без изменения величины и геометрии поперечного сечения, а также за счет уменьшения количества витков статорной обмотки для электропривода с возможностью регулирования. В результате получается значительное энергосбережение.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад, если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное. Всего доброго.

7. Асинхронные двигатели. Технические средства автоматизации и управления. Учебное пособие

7.1. Принцип действия асинхронного двигателя

7.2. Статические характеристики асинхронного двигателя

7.3. Управление асинхронными двигателями

7.3.1. Управление трехфазными асинхронными двигателями

7.3.2. Управление двухфазными асинхронными двигателями

7.1. Принцип действия асинхронного двигателя

Двигатели переменного тока делятся на синхронные и асинхронные двигатели. Асинхронные двигатели (АД) в свою очередь делятся на двух и трехфазные, из которых в качестве исполнительных двигателей в системах автоматического управления в основном применяются маломощные двигатели до 300 Вт.

Их преимущества перед ДПТ: малая инерционность, бесконтактность, дешевизна.

Их недостатки в сравнении с ДПТ: большие тепловые потери, малый пусковой момент, нелинейные характеристики.

Принцип действия рассмотрим на примере двухфазного асинхронного двигателя, с полым ротором в виде алюминиевого стакана. На статоре этого двигателя расположены две обмотки. Эти обмотки расположены на магнитопроводе под углом 90⁰ друг к другу. На эти обмотки подаются синусоидальные напряжения, сдвинутые по фазе на 90⁰ друг к другу. Под действием этих напряжений в обмотках протекают токи I₁, I₂, также синусоидальные и сдвинутые по фазе на 90⁰. Будем считать, что амплитуды их равны. Эти токи, в свою очередь, создают в магнитопроводе два пульсирующих вектора магнитной индукции и, соответственно два магнитных потока, равных по амплитуде и сдвинутые по фазе на 90⁰ друг к другу в пространстве и времени. Они суммируются, и создается результирующий магнитный поток, имеющий постоянную амплитуду и вращающийся по окружности с частотой w, где w=2p¦, а ¦ — частота сети.

Рассмотрим получение кругового вращающегося магнитного поля в случае двухфазной системы (рис. 70).

Рис. 70. Двухфазная система

При пропускании через катушки гармонических токов каждая из них в соответствии с вышесказанным будет создавать пульсирующее магнитное поле. Векторы В_А и В_В, характеризующие эти поля, направлены вдоль осей соответствующих катушек, а их амплитуды изменяются также по гармоническому закону. Если ток в катушке В отстает от тока в катушке А на 90⁰, то В_А= В_msin(wt) и В_В= В_msin(wt-90⁰).

Найдем проекции результирующего вектора магнитной индукции Вна оси x и y декартовой системы координат, связанной с осями катушек:

Модуль результирующего вектора магнитной индукции в соответствии с рис. 70 равен,

при этом для тангенса угла a , образованного этим вектором с осью абсцисс, можно записать

, откуда a=wt.

Полученные соотношения показывают, что вектор результирующего магнитного поля неизменен по модулю и вращается в пространстве с постоянной угловой частотой , описывая окружность, что соответствует круговому вращающемуся полю.

Симметричная трехфазная система катушек также позволяет получить круговое вращающееся магнитное поле. Рис. 71. Каждая из катушек А, В и С при пропускании по ним гармонических токов создает пульсирующее магнитное поле. Катушки питаются трехфазной системой токов с временным сдвигом по фазе на 120⁰. Поэтому для мгновенных значений индукций катушек имеют место соотношения

; ; .

Произведя аналогичные расчеты, получим, что модуль результирующего вектора магнитной индукции равен В=1,5 В_m, и также вращается в пространстве с постоянной угловой частотой ,

Рис. 71. Трехфазная система

Силовые линии вращающегося магнитного поля пересекают ротор двигателя, выполненный, например, в виде алюминиевого стакана. В материале ротора наводятся вихревые токи, которые взаимодействуют с вращающимся магнитным потоком статоре и создают движущий момент. Под действием этого момента ротор начинает раскручиваться и набирает скорость до тех пор, пока движущий момент не будет уравновешен моментом, создаваемым нагрузкой.

Скорость вращения ротора асинхронного двигателя всегда меньше скорости вращения поля, так как в случае их равенства результирующий магнитный поток будет неподвижен относительно ротора, вихревых токов не будет, и, следовательно, не будет движущего момента. Поэтому двигатель называется асинхронным. Величина отставания скорости вращения ротора от скорости вращения поля характеризуется скольжением.

При заторможенном роторе S=1, в идеальном случае при вращении со скоростью поля S=0.

Используются различные конструкции ротора АД. Есть трехфазные АД с фазным ротором, при этом на роторе также намотаны три, пространственно сдвинутых обмотки. В эти обмотки обычно включают внешние сопротивления (реостаты), которыми ограничивается пусковой ток и может регулироваться скорость вращения ротора. Двухфазные АД изготавливают с короткозамкнутой обмоткой: в виде беличьего колеса; в виде вала или стакана из проводящего материала. .Рис 72, 73, 74.

Рис. 72. Трехфазный АД с фазным ротором

Рис. 73. Ротор АД в виде беличьей клетки (а) и в виде стакана (б)

7.2. Статические характеристики асинхронного двигателя

Под действием электромагнитной индукции в обмотках или элементах короткозамкнутого ротора («беличьей клетке») индуктируются вторичные ЭДС и токи частоты ω₂, которые взаимодействуют с вращающимся магнитным полем, создается электромагнитный момент M, что приводит к вращению ротора с частотой ω₁. Рассмотрим для примера модель двигателя, в которой число пар полюсов p=1.

Частота индуцируемых во вторичной обмотке (роторе) ЭДС и токов ω₂ зависит от скольжения S:

.

Эквивалентная схема цепи ротора в рабочем режиме показана на Рис 74.

Рис. 74. Схема цепи ротора АД

Она содержит изменяемый источник ЭДС E_рп·S и изменяемое индуктивное сопротивление x_р=x_рп·S. Они изменяются при изменении скольжения S (частоты вращения), а активное сопротивление R_p не изменяется.

Мы можем привести рабочий режим двигателя к режиму неподвижного ротора и рассматривать асинхронную машину как обычный трансформатор с неподвижными обмотками; в результате преобразования получаем эквивалентную схему. АД, с учетом параметров обмотки статора.

Рис. 75. Эквивалентная электрическая схема АД

На схеме обозначены: — приведенные сопротивления, n- коэффициент трансформации, а r₁— активное сопротивление цепи статора. На основании этой схемы получим выражение для тока ротора

Выражение для вращающегося момента можем получить из энергетического уравнения M·ω₁= M·ω+m₁·I_p²·R_p, где m₁— количество фаз. Левая часть уравнения — электромагнитная мощность, а правая — механическая плюс электрическая мощности.

Подставляя сюда выражения для тока ротора, получим аналитическое выражение для электромагнитного момента и, если пренебречь активным сопротивлением обмотки статора, получается уравнение Клосса, отражающее зависимость электромагнитного момента от скольжения. Выражение для момента двигателя представлено через параметры критической точки:

.

Скольжение, соответствующее максимальному моменту, называется критическим и обозначается S_K или S_M.

Критическое скольжение за зависит от соотношение активного и индуктивного сопротивлений ротора. При r₁=0 получим и .

Вид зависимости электромагнитного момента и тока ротора от скольжения показан на. рис. 76.

Рис. 76. Зависимость электромагнитного момента АД от скольжения

Пусть исполнительный механизм, приводимый во вращение данным двигателем, создает противодействующий тормозной момент М2. На рис. 76 имеются две точки, для которых справедливо равенство М_эм = М₂; это точки а и в.

В точке а двигатель работает устойчиво. Если двигатель под влиянием какой-либо причины уменьшит частоту вращения, то скольжение его возрастет, вместе с ним возрастет вращающий момент. Благодаря этому частота вращения двигателя повысится, и вновь восстановится равновесие М_эм = М₂;.

В точке в работа двигателя не может быть устойчива: случайное отклонение частоты вращения приведет либо к остановке двигателя, либо к переходу его в точку а. Следовательно, вся восходящая ветвь характеристики является областью устойчивой работы двигателя, а вся нисходящая часть — областью неустойчивой работы. Точка б, соответствующая максимальному моменту, разделяет области устойчивой и неустойчивой работы.

Максимальному значению вращающего момента соответствует критическое скольжение S_k. Скольжению S = 1 соответствует пусковой момент. Если величина противодействующего тормозного момента М₂больше пускового МП, двигатель при включении не запустится, останется неподвижным. Еще выводы:

• величина максимального вращающего момента не зависит от активного сопротивления цепи ротора;
• с увеличением активного сопротивления цепи ротора максимальный вращающий момент, не изменяясь по величине, смещается в область больших скольжений;
• вращающий момент пропорционален квадрату напряжения сети.

Механической характеристикой асинхронного двигателя называется зависимость частоты вращения двигателя от момента на валу n₂ = f (M₂). Механическую характеристику получают при условии U — const, w₁ — const. На рис. 77 изображена типичная механическая характеристика асинхронного двигателя.

Рис. 77. Механическая характеристика асинхронного двигателя

На механической характеристике АД можно выделить два участка, которые разделены значением М_кр:

• режим устойчивой работы,
• режим неустойчивой работы.

Для каждого двигателя есть свое значение М_кр. При работе двигателя на первом участке М_кр.< М_н<0. и двигатель может развить вращающий момент, компенсирующий момент нагрузки. При работе двигателя на втором участке М_кр.> М_н происходит торможение и двигатель останавливается.

Различают 3 статических режима работы:

• Двигательный. В этом режиме направление вращения ротора и поля совпадают и . w_p<w.
• Режим генераторного торможения. В этом режиме направление вращения ротора и поля совпадают, но . w_p>w. Это возможно, если момент нагрузки поменяет знак. Двигатель не потребляет, а отдает энергию.
• Режим торможения противовключением. Реализуется, если в обмотке управления изменится фаза на 180⁰, после этого вращающий момент поменяет знак и будет тормозить ротор.

7.3. Управление асинхронными двигателями

Есть различные способы управления асинхронными двигателями:

• параметрическое управления трехфазными асинхронными двигателями.
• симметричное частотное управление,
• несимметричное амплитудно–фазовое управление,

7.3.1. Управление трехфазными асинхронными двигателями

1. Рассмотрим сначала способы управления трехфазными асинхронными двигателями. Первый способ используется для двигателей с фазным ротором. Критическое скольжение S_kr определяется активным сопротивлением ротора R_r. Если R_r изменять, то будет изменяться наклон механической характеристики и соответственно скорость вращения ротора. Рис.78..

Рис. 78. Механическая характеристика асинхронного двигателя

Такой способ используется при пуске двигателя под нагрузкой, когда желательно, чтобы пусковой момент был максимальным. Для регулирования он применяется редко, т. к. велики тепловые потери в роторной цепи. Другим способом регулирования скорости является изменение напряжения на статоре, для АД вращающий момент изменяется пропорционально квадрату напряжения. При этом изменение напряжения питания мало влияет на частоту вращения ротора на рабочем участке и диапазон управления напряжением весьма ограничен.

2. Плавное регулирование скорости в широких пределах с сохранением достаточной жесткости характеристик возможно только при частотном управлении.. Изменяя частоту вращения поля ω₁, можно изменять частоту вращения ротора ω при этом желательно, чтобы. жесткость характеристики не изменялась. Для этого одновременно с частотой, изменяют напряжение питания U_c так, чтобы их отношение оставалось постоянным U_c/w₁=const.

Такое управление называется пропорциональным частотным управлением. Вид механических характеристик при пропорциональном управлении показан на рис. 79.

Рис. 79. Частотное управление асинхронным двигателем

При симметричном частотном управлении требуется специальное устройство преобразователь частоты, формирующий на выходе синусоидальный сигнал с изменяемой частотой w. Поле при этом управлении круговое, амплитуды на обмотках равны. Диапазон частот должен быть ограничен, так как при низких частотах падает индуктивное сопротивление обмоток и сильно растет ток, для высоких частот тоже существуют конструктивные и электрические ограничения. Поэтому при частотном управлении на самом деле идет управление по двум параметрам: частоте и амплитуде.

Функциональная схема частотного управления представлена на. на рис. 80. Она состоит из управляемого выпрямителя УВ, преобразующего напряжение переменного тока частотой 50 Гц в напряжение постоянного тока U_п, величина которого может регулироваться устройством управления УУ. Автономный инвертор АИ преобразует напряжение U_п в трехфазное напряжение изменяемой частоты f₁. Управляющее устройство, изменяя частоту f_1в в зависимости от задания ω_з, изменяет также и напряжение U_п так, чтобы их отношение оставалось постоянным. Система управления может иметь обратную связь по скорости вращения через тахогенератор ТГ.

Более совершенным, чем пропорциональное управление, является частотно-токовое управление, при котором контролируется, кроме частоты вращения, ток якоря от датчика, что позволяет оставлять постоянным поток при изменении частоты f₁ и нагрузки.

Рис. 80. Функциональная схема частотного управления асинхронным двигателем

7.3.2. Управление двухфазными асинхронными двигателями

В исполнительных приводах малой мощности широко в основном используются управляемые и неуправляемые двухфазные асинхронные двигатели. Эти , двигатели имеют две обмотки: одна включается в сеть непосредственно и называется обмоткой возбуждения (главной). На обмотку управления (вспомогательную), сдвинутую на статоре на90^o градусов напряжение подается через фазосдвигающий элемент. Ротор всегда короткозамкнутый.

При таком способе управления есть разные варианты: амплитудное, фазовое и амплитудно–фазовое управление. При этих способах. на второй обмотке можно менять амплитуду напряжения, его фазу или оба параметра одновременно. При этом поле превращается из кругового в эллиптическое. При этом наряду с напряжениями и токами прямой последовательности фаз, создающими двигательный режим, возникает напряжение и токи обратной последовательности, вызывающие торможение. Таким образом, меняя степень асимметрии, можно регулировать скорость двигателя. Рис.81.

Рис. 81. Конденсаторный и управляемый двухфазные АД

При U_y=0, получим пульсирующее поле и w=0. Наиболее распространенным способом является конденсаторное управление. Чаще всего используется амплитудное несимметричное управление, когда U_B=U_C, а U_γ=α·U_c, где α меняется от 0 до 1. Можно получить выражения для вращающего момента при амплитудном управлении, аналогичное уравнению Клосса.

При симметрии напряжений, когда α=1, из этого уравнения получим нормальное уравнение выражение для асинхронной машины Так как в двухфазных двигателях S_M>1, то при α=0, т.е. при отключении обмотки управления двигатель тормозится, и останавливается при S=1.

Механические и регулировочные характеристики асинхронного двигателя. нелинейны. Их заменяют в рабочей области прямыми:

M = b₁U-b₂w.

Коэффициенты b₁ и b₂ определяют по паспортным данным АД. В момент пуска М =М_п, w = 0, поэтому

М_п = b₁∙U_n и b₁ = М_н/U_n.

Для номинального режима аналогично получим, учитывая , что P_N = M_N∙w_N,

M_N = М_п -b₂∙ w_N и b₂∙ = (М_п -M_N)/w_N.

Мы получим уравнение линеаризованной механической характеристики :

w = (b_1/ b₂)∙U—M/ b₂.

Механические и регулировочные характеристики асинхронного двигателя показаны на рис. 82.

Рис. 82. Механическая и регулировочная характеристики двухфазного АД

После линеаризации асинхронный двигатель может быть представлен как линейная динамическая система, описываемая следующими уравнениями (b_w = b₁, b_u = b₂):

.

Рассмотрим случай, когда сухое трение отсутствует и есть только скоростное трение, то есть М_Т = F∙w. Заменив . и проведя преобразования получим:

.

Отсюда выражение для передаточной функции

, где коэффициент передачи и электромеханическая постоянная времени

Этой передаточной функции соответствует структурная схема и переходный процесс, представленные на рис. 83.

Рис. 83. Структурная схема и переходный процесс АД

Характеристики асинхронного двигателя

2018-01-11 Статьи  

Асинхронные двигатели давно и прочно заняли свою нишу в промышленном и частном секторе. Без них невозможно представить себе ни одно производство, да и в загородном хозяйстве они широко применяются. Я думаю любой, даже далекий от электрики человек имеет представление о том, что они из себя представляют. А вот многие ли обращали внимание на металлические таблички или по другому шильды, прикрепленные к двигателю и на те технические данные, которые на них указаны?

Я думаю, что ответ будет отрицательный. А ведь эта информация может многое рассказать о самом двигателе и его технических характеристиках. Это своего рода техпаспорт электродвигателя. Давайте же разберемся с этим вопросом.

Итак, согласно требованиям ГОСТ 183-74 «МАШИНЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ВРАЩАЮЩИЕСЯ Общие технические условия» на корпусе электродвигателя должна быть установлена табличка-шильда, на которой указываются основные характеристики двигателя. На фото ниже показана шильда от довольно распространенного двигателя АИР71А2У3.

На ней в первую очередь указан сам тип двигателя. Первые буквы АИР обозначают серию (тип) двигателя. Следующие цифры 71 обозначают высоту в мм оси вращения вала от плоскости, на которой установлен эл.двигатель. Далее буква А показывает установочный размер по длине станины двигателя: А, S – короткая; В, М –средняя; С, L – длинная. Цифра 2 — число полюсов электродвигателя. Может иметь значение 2 (3000 об/мин), 4 (1500 об/мин), 6 (1000 об/мин), 8 (750 об/мин), 12 (600 об/мин). Буква У показывает климатическое исполнение, в данном случае для умеренного климата. Может также иметь значение Т — тропический климат, УХЛ — умеренно холодный климат, ХЛ — холодный климат, ОМ — на судах морского и речного флота. И наконец последняя цифра 3 обозначает категорию эксплуатации — в помещении. Также бывают категории 5 — в помещении с повышенной влажностью, 4 — в помещении с искусственно регулируемыми климатическими условиями, 2 — на улице под навесом, 1 — на открытом воздухе.

Далее у нас идет заводской серийный номер N который идентифицирует конкретный двигатель.

На следующей строке значение 3Ф~ 50Hz говорит нам о том, что двигатель подключается к трехфазной сети переменного тока с частотой 50Hz. Значок Y указывает нам на схему подключения обмоток. В данном случае двигатель подключается только по схеме «звезда». Номинальное напряжение при этом должно быть 380 V. Чаще можно встретить схему подключения ∆/Y, указывающаю на возможность подключения как «треугольником», так и «звездой». Номинальное напряжение будет указано как 220/380 V, то есть по схеме «треугольник» двигатель подключается на 220 V, а по схеме «звезда» на 380 V. Также в этой строке указан номинальный ток двигателя — 1.8 А.

Далее указана номинальная полезная мощность на валу — 0.75 kW, или 750 W. 2820 r/min означает номинальную частоту оборотов двигателя в минуту. Следующее значение коэффициент полезного действия (КПД). У данного двигателя он составляет 79.0% ((η = 0,79). И в конце строки указан коэффициент мощности cos φ равный 0.80. Этот параметр показывает соотношение между полной и активной мощностью. Чем выше cos φ, тем меньше тока требуется для преобразования электроэнергии в другие виды энергии.

Следующей строкой на шильде указан режим работы электродвигателя S1 — продолжительный режим работы, характеризуется работой электродвигателя при постоянной нагрузке и потерях на протяжении длительного времени, пока все части машины не достигнут неизменной температуры. Также может иметь значение:

• S2 – кратковременный режим работы – это работа электродвигателя на протяжении небольшого отрезка времени под постоянной нагрузкой.
• S3 – периодический повторно-кратковременный режим работы, представляет собой последовательность одинаковых циклов, работа в которых происходит при постоянной, неизменной нагрузке.
• S4 – повторно-кратковременный режим работы с влиянием пусковых процессов.
• S5 – Повторно-кратковременный режим с электрическим торможением.
• S6 – перемежающийся режим работы – последовательность циклов, при которой работа происходит в течении времени с нагрузкой, и время работает на холостом ходу.
• S7 – Перемежающийся режим с влиянием пусковых токов и электрическим торможением.
• S8 — Периодический перемежающийся режим с периодически изменяющейся частотой вращения.

Далее указан класс изоляции двигателя F — параметр определяющий максимальную температуру нагрева обмоток двигателя, при которой его допускается эксплуатировать. По стандарту подразделяются на класс А — 105°C, B — 130°C, F — 155°C и H — 180°C. То есть в нашем случае допускается эксплуатировать двигатель с температурой обмоток 155°C.

Также на шильде указан вес двигателя — 8.7 Kg и степень защиты — IP54. Первая цифра обозначает защиту от пыли:

• 0 — без защиты
• 1 — защита от твердых объектов свыше 50мм
• 2 — защита от твердых объектов свыше 12мм
• 3 — защита от твердых объектов свыше 2,5мм
• 4 — защита от твердых объектов свыше 1мм
• 5 — защита от пыли (без осаждения опасных материалов)
• 6 — полная защита от пыли

Вторая цифра обозначает защиту от влаги:

• 0 — без защиты
• 1 — защита от вертикально падающих капель
• 2 — защита от капель воды падающих на оболочку наклоненную под углом не более 15 градусов к вертикали
• 3 — защита от капель воды падающих на оболочку наклоненную под углом не более 60 градусов к вертикали
• 4 — защита от брызг воды любого направления
• 5 — защита от струй воды любого направления
• 6 — защита от воздействий, подобных морским накатам.

В заключении стоит отметить, что обозначения на импортных двигателях могут немного отличаться от российских стандартов, однако основные параметры, такие как габариты, способ подключения обмоток, напряжение, мощность, частота легко читаемы на любом двигателе.

Механическая характеристика асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель преобразовывает электрическую энергию в механическую. Механическая характеристика асинхронного двигателя, электромеханическая и другие содержат информацию, без которой невозможна его правильная эксплуатация.

Эта конструкция достаточно широко применяется в различных сферах человеческой жизнедеятельности. Без них немыслима работа станков, транспортеров, подъемно-транспортных машин. Двигатели, обладающие небольшой мощностью, широко используются в автоматике.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Устройство асинхронной машины

Схематичное устройство асинхронной машины

Классическая асинхронная машина состоит из 2 основных частей: ротора (подвижной) и статора (неподвижной). Три отдельные фазы составляют обмотку статора. С1, С2 и С3 — обозначения начала фаз. С3, С4 и С5 — соответственно концы фаз. Все они подсоединены к клеммному разъему по схеме звезда или треугольник, что показано на рисунках а, б, в. Схему выбирают учитывая паспортные данные двигателя и сетевое напряжение.

Статор создает внутри электродвигателя магнитное поле, которое постоянно вращается.

Ротор различают короткозамкнутый и фазный.

В короткозамкнутом скорость вращения не регулируется. Конструкция с ним проще и дешевле. Однако пусковой момент у него слишком мал по сравнению с машинами, у которых фазный ротор. Здесь скорость вращения регулируется за счет возможности ввода дополнительного сопротивления.

Принцип работы асинхронной машины

Подавая напряжение на обмотку статора, по каждой фазе можно наблюдать изменяющиеся магнитные потоки, которые по отношению друг к другу смещены на 120 градусов. Общий результирующий поток получается вращающимся и создает ЭДС внутри проводников ротора.

Там появляется ток, который во взаимодействии с результирующим потоком создает пусковой момент. Это приводит к вращению ротора.

Возникает скольжение S, т. е. разность между частотой вращения самого ротора n2 и частотой магнитного поля статора n1. Первоначально оно равно 1. Впоследствии частота возрастает, разность n1 – n2 уменьшается. Это ведет к уменьшению вращающего момента.

На холостом ходу скольжение минимально. Оно достигает критического значения Sкр, когда увеличивается статический момент. Превышение Sкр ведет к нестабильной работе машины.

Механическая характеристика

Как основная, помогает проводить детальный анализ работы электродвигателя. Она выражает непосредственную зависимость частоты вращения самого ротора от электромагнитного момента n=f (M).

Из графика видно, что на участке 1-3 машина работает устойчиво. 3-4 — непосредственный отрезок неустойчивой работы. Идеальный холостой ход соответствует точке 1.

Точка 2 — номинальный режим работы. Точка 3 — частота вращения достигла критического значения. Пусковой момент Мпуск — точка 4.

Наши читатели рекомендуют! Для экономии на платежах за электроэнергию наши читатели советуют ‘Экономитель энергии Electricity Saving Box’. Ежемесячные платежи станут на 30-50% меньше, чем были до использования экономителя. Он убирает реактивную составляющую из сети, в результате чего снижается нагрузка и, как следствие, ток потребления. Электроприборы потребляют меньше электроэнергии, снижаются затраты на ее оплату.

Существуют технические способы расчетов и построения механической характеристики с учетом данных паспорта.

В первоначальной точке 1 n0=60f/p (p – количество пар полюсов). Поскольку nн и Mн непосредственно координаты точки 2, расчет номинального момента производится по формуле Mн=9,55*Рн/ nн, где Рн — номинальная мощность. Значение nн указано в паспорте двигателя. В точке 3 Mкр=Mнλ. Пусковой момент в точке 4 Mпуск=Mн*λпуск (значения λ, λпуск — из паспорта).

Механическая характеристика, построенная таким образом, называется естественной. Изменяя другие параметры можно получить искусственную механическую характеристику.

Полученные результаты дают возможность проанализировать и согласовать механические свойства самого двигателя и рабочего механизма.

Электромеханическая характеристика

Она являет собой зависимость угловой скорости вращения от тока статора. Используя несколько опорных точек можно построить электромеханическую характеристику. Номинальный ток рассчитывается по формуле:

Ток холостого хода составляет 30—40% от номинального.

Формула расчета при критическом скольжении:

Ток в начальный момент пуска:

Все значения отражают электромеханическую характеристику.

Рабочие характеристики

Рабочие характеристики асинхронного электродвигателя — это взаимосвязь нескольких параметров от полезной мощности P2. В их число входят: частота вращения самого ротора n2, момент на валу М, скольжение S, ток статора I1, расходуемая мощность P, коэффициент мощности СОSφ и КПД.

Причем частота электрического тока и напряжение неизменны, в отличие от нагрузки.

Как правило, рабочие характеристики асинхронного двигателя строятся в диапазоне значений скольжения от 0 до значения, превышающего номинальное на 10%. Это зона, где машина работает устойчиво.

Частота вращения ротора n2 уменьшается при возрастании нагрузки на валу. Но эти изменения не превышают 5%. Ток I1 растет, поскольку при последующем увеличении нагрузки его активная составляющая превышает реактивную.

СОSφ при холостом ходе мал. Но затем он возрастает. При повышенных нагрузках СОSφ уменьшается из-за возрастающего внутри обмотки ротора реактивного сопротивления.

КПД холостого хода равен 0. С увеличением нагрузки наблюдается его резкий рост, а впоследствии, снижение.

Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Под потерей
фазы понимают
однофазный режим работы электродвигателя
в результате отключения питания по
одному из проводов трехфазной системы.

Причинами
потери фазы электродвигателем могут
быть: обрыв одного из проводов, сгорание
одного из предохранителей; нарушение
контакта в одной из фаз.

В
зависимости от обстоятельств, при
которых произошла потеря фазы, могут
быть разные режимы работы электродвигателя
и последствия, сопутствующие этим
режимам. При
этом следует принимать во внимание
следующие факторы: схему соединения
обмоток электродвигателя («звезда»
или «треугольник»), рабочее
состояние двигателя в момент потери
фазы (потеря фазы может произойти до
или после включения двигателя, во
время работы под нагрузкой), степень
загрузки двигателя и механическую
характеристику рабочей машины, число
электродвигателей, работающих при
потере фазы, и их взаимное влияние.

Здесь
следует обратить внимание на особенность
рассматриваемого режима. В трехфазном
режиме каждая фаза обмотки обтекается
током, сдвинутым во времени на одну
треть периода. При потере фазы две
обмотки обтекаются одним и тем же
током, в третьей фазе ток отсутствует.
Несмотря на то, что концы обмоток
присоединены к двумя фазным проводам
трехфазной системы, токи в обеих
обмотках совпадают по времени. Такой
режим работы называется однофазным.

Магнитное
поле, образованное однофазным током,
в отличие от вращающегося поля,
образованного трехфазной системой
токов, является пульсирующим. Оно
изменяется во времени, но не перемещается
по окружности статора. На рисунке 1, а
показан вектор магнитного потока,
создаваемого в двигателе при однофазном
режиме. Этот вектор не вращается, а
лишь изменяется по величине и знаку.
Круговое поле сплющивается до прямой
линии.

Рисунок
1. Характеристики
асинхронного двигателя в
однофазном режиме: а — графическое
изображение пульсирующего магнитного
поля; б — разложение пульсирующего
поля на два вращающихся; в — механические
характеристики асинхронного двигателя
в трехфазном (1) и однофазном (2) режимах
работы.

Пульсирующее магнитное
поле можно
рассматривать состоящим из двух
вращающихся навстречу друг другу
равных по величине полей (рис. 1, б).
Каждое поле взаимодействует с обмоткой
ротора и образует вращающий момент.
Их суммарное действие создает вращающий
момент на валу двигателя.

В
том случае, когда потеря
фазы произошла до включения двигателя
в сеть,
на неподвижный ротор действуют два
магнитных поля, которые образуют два
противоположных по знаку, но равных
по величине момента. Их сумма будет
равна нулю. Поэтому
при пуске двигателя в однофазном
режиме он не может развернуться даже
при отсутствии нагрузки на валу.

Если
потеря
фазы произошла в то время, когда ротор
двигателя вращался,
то на его валу образуется вращающий
момент. Это можно объяснить следующим
образом. Вращающийся ротор по разному
взаимодействует с вращающимися
навстречу друг другу полями. Одно из
них, вращение которого совпадает с
вращением ротора, образует положительный
(совпадающий по направлению) момент,
другое — отрицательный. В отличие от
случая с неподвижным ротором эти
моменты будут разными по величине. Их
разность будет равна моменту на валу
двигателя.

На
рисунке 1, в показана механическая
характеристика двигателя в однофазном
и трехфазном режимах работы. При
нулевой скорости момент равен нулю,
при появлении вращения в любую сторону
на валу двигателя возникает момент.

Если
отключение одной из фаз произошло во
время работы двигателя, когда его
скорость была близка к номинальному
значению, вращающий момент часто
бывает достаточным для продолжения
работы с небольшим снижением скорости.
В отличие от трехфазного симметричного
режима появляется характерное гудение.
В остальном внешние проявления
аварийного режима не наблюдаются.
Человек, не имеющий опыта работы с
асинхронными двигателями, может не
заметить изменения характера работы
электродвигателя.

Переход
электродвигателя в однофазный режим
сопровождается перераспределением
токов и напряжений между фазами. Если
обмотки двигателя соединены по схеме
«звезда», то после потери фазы
образуется схема, показанная на рисунке
2. Две последовательно соединенные
обмотки двигателя оказываются
включенными на линейное напряжение
Uаb,
двигатель при этом оказывается в
однофазном режиме работы.

Сделаем
небольшой расчет, определим токи,
протекающие по обмоткам двигателя и
сравним их с токами при трехфазном
питании.

Рисунок
2. Соединение обмоток двигателя по
схеме «звезда» после потерн фазы

Так
как сопротивления Zа и Zв соединены
последовательно, напряжения на фазах
А и В будут равны половине линейного:

Приближенно
величину тока можно определить исходя
из следующих соображений.

Пусковой
ток фазы А при потере фазы

Пусковой
ток фазы А при трехфазном режиме

где
Uao —
фазовое напряжение сети.

Отношение
пусковых токов:

Из
соотношения следует, что при потере
фазы пусковой ток составляет 86% от
величины пускового тока при трехфазном
питании. Если учесть, что пусковой ток
короткозамкнутого асинхронного
двигателя в 6 — 7 раз больше номинального,
то получается, что по обмоткам двигателя
протекает ток Iiф
= 0,86 х 6 = 5,16 Iн,
т. е. в пять с лишним раз превышающий
номинальный. За короткий промежуток
времени такой ток перегреет обмотку.

Из
приведенного расчета видно, что
рассматриваемый режим работы весьма
опасен для двигателя и в случае его
возникновения защита должна отключить
с незначительной выдержкой времени.

Потеря
фазы может произойти и после включения
двигателя, когда его ротор будет иметь
скорость вращения, соответствующую
рабочему режиму. Рассмотрим токи и
напряжения обмоток в случае перехода
в однофазный режим при вращающемся
роторе.

Величина
Za зависит
от скорости вращения. При пуске, когда
скорость вращения ротора равна нулю,
она одинакова как для трехфазного,
так и для однофазного режима. В рабочем
режиме в зависимости от нагрузки и
механической характеристики двигателя
скорость вращения может быть разной.
Поэтому для анализа токовых нагрузок
необходим другой подход.

Будем
считать, что как в трехфазном, так и в
однофазном режиме двигатель развивает.
одинаковую мощность. Независимо от
схемы включения электродвигателя
рабочая машина требует ту же самую
мощность, которая необходима для
выполнения технологического процесса.

Полагая
мощности на валу двигателя равными
для обоих режимов, будем иметь:

при
трехфазном режиме

при
однофазном режиме

где
Ua —
фазовое напряжение сети; Uao
— напряжение на фазе А в однофазном
режиме, cos φ3
и cos φ1
— коэффициенты мощности при трехфазном
и однофазном режимах соответственно.

Опыты
с асинхронным двигателем показывают,
что фактически ток возрастает почти
вдвое. С некоторым запасом можно
считать I1a
/ I2a
= 2.

Для
того чтобы судить о степени опасности
однофазного режима работы, нужно также
знать загрузку двигателя.

В
первом приближении будем считать ток
электродвигателя в трехфазном режиме
пропорциональным его нагрузке на
валу. Такое допущение справедливо при
нагрузках более 50% от номинального
значения. Тогда можно написать Iф
= Kз х Iн,
где Kз
— коэффициент загрузки двигателя, Iн
— номинальный ток двигателя.

Ток
при однофазном режиме I1ф
= 2Kзх Iн,
т. е. ток при однофазном режиме будет
зависеть от загрузки двигателя. При
номинальной нагрузке он равен двойному
номинальному току. При нагрузке менее
50% потеря фазы при соединении обмоток
двигателя в «звезду» не создает
опасного для обмоток превышения тока.
В большинстве случаев коэффициент
загрузки двигателя меньше единицы.
При его значениях порядка 0,6 — 0,75 следует
ожидать небольшого превышения тока
(на 20— 50%) по сравнению с номинальным.
Это существенно для работы защиты,
так как именно в этой области перегрузок
она действует недостаточно четко.

Для
анализа некоторых способов защиты
необходимо знать напряжение на фазах
двигателя. При заторможенном роторе
напряжение на фазах А и В будет равно
половине линейного напряжения Uab,
а напряжение на фазе С будет равно
нулю.

Иначе
распределяется напряжение при
вращающемся роторе. Дело в том, что
его вращение сопровождается образованием
вращающегося магнитного поля, которое,
действуя на обмотки статора, наводит
в них электродвижущую силу. Величина
и фаза этой электродвижущей силы
таковы, что при скорости вращения,
близкой к синхронной, на обмотках
восстанавливается симметричная
система трехфазного напряжения, а
напряжение нейтрали звезды (точка 0)
становится равным нулю. Таким образом,
при изменении скорости вращения ротора
от нуля до синхронной в однофазном
режиме работы напряжение на фазах А
и В изменяется от значения, равного
половине линейного, до значения,
равного фазовому напряжению сети.
Например, в системе напряжения 380/220 В
напряжение на фазах А и В изменяется
в пределах 190 — 220 В. Напряжение Uco
изменяется от нуля при заторможенном
роторе до фазового напряжения 220 В при
синхронной скорости. Что же касается
напряжения в точке 0, то оно изменяется
от значения Uab/2 —
до нуля при синхронной скорости.

Если
обмотки двигателя соединены по схеме
«треугольник», то после потери
фазы мы будем иметь схему соединений,
показанную на рисунке 3. В этом случае
обмотка двигателя с сопротивлением
Zab оказывается
включенной на линейное напряжение
Uab,
а обмотка с сопротивлениями Zfc и
Zbc —
соединенной последовательно и
включенной на то же самое линейное
напряжение.

Рисунок
3. Соединение обмоток электродвигателя
по схеме «треугольник» после
потери фазы

В
пусковом режиме по обмоткам АВ будет
протекать такой же ток, как и при
трехфазном варианте, а по обмоткам АС
и ВС будет протекать ток в два раза
меньший, так как эти обмотки соединены
последовательно.

Токи
в линейных проводах I’a=I’b
будут равны сумме токов в параллельных
ветвях: I’А
= I’ab
+ I’bc
= 1,5 Iab

Таким
образом, в рассматриваемом случае при
потере фазы пусковой ток в одной из
фаз будет равен пусковому току при
трехфазном питании, а линейный ток
возрастает менее интенсивно.

Для
расчета токов в случае потери фазы
после включения двигателя в работу
применим тот же метод, что и для схемы
«звезда». Будем считать, что как
в трехфазном, так и в однофазном режимах
двигатель развивает одинаковую
мощность.

В
этом режиме работы ток в наиболее
нагруженной фазе при потере фазы
увеличивается вдвое по сравнению с
током при трехфазном питании. Ток в
линейном проводе будет равен I’А
= 3Iab,
а при трехфазном питании Ia = 1,73 Iab.

Здесь
важно отметить, что в то время как
фазовый ток возрастает в 2 раза, линейный
ток увеличивается только в 1,73 раза.
Это существенно, так как токовая защита
реагирует на линейные токи. Расчеты
и выводы относительно влияния
коэффициента загрузки на ток однофазного
режима при соединении «звезда»
остаются в силе и для случая схемы
«треугольник».

Напряжения
на фазах АС и ВС будут зависеть от
скорости вращения ротора. При
заторможенном роторе Uac’
= Ubc’ = Uab/2

При
скорости вращения, равной синхронной,
восстанавливается симметричная
система напряжений, т. е. Uac’
= Ubc’ = Uab.

Таким
образом, напряжения на фазах АС и ВС
при изменениях скорости вращения от
нуля до синхронной будут меняться от
значения, равного половине линейного,
до значения, равного линейному
напряжению. 

Токи
и напряжения на фазах двигателя при
однофазном режиме зависят также и от
числа двигателей.

Часто
обрыв фазы происходит из-за перегорания
одного из предохранителей на питающем
фидере подстанции или распределительного
устройства. В результате в однофазном
режиме оказывается группа потребителей,
взаимно влияющих друг на друга.
Распределение токов и напряжений
зависит от мощности отдельных двигателей
и их нагрузки. Здесь возможны различные
варианты. Если мощности электродвигателей
равны, а их нагрузка одинакова (например,
группа вытяжных вентиляторов), то всю
группу двигателей можно заменить
одним эквивалентным.

Синхронный и асинхронный двигатель: отличия, принцип действия, применение

Классификация двигателей основана на разных параметрах. По одному из них различают синхронный и асинхронный двигатель. Отличия инструментов, общие характеристики и принцип действия описаны в статье.

Синхронный двигатель

Этот тип двигателя способен одновременно работать и как генератор, и как, собственно, двигатель.По устройству он похож на синхронный генератор. Характерной особенностью двигателя является неизменная частота вращения от нагрузки.

Эти типы двигателей широко используются во многих областях, например, для электрических проводов, которым требуется постоянная скорость.

Принцип работы синхронного двигателя

В основе его работы лежит взаимодействие вращающегося магнитного поля якоря и магнитных полей полюсов индуктора. Обычно якорь располагается в статоре, а индуктор — в роторе.У мощных двигателей в качестве полюсов используются электромагниты, а у слабых — постоянные магниты.

Принцип работы синхронного двигателя включает в себя (кратко) и асинхронный режим, который обычно используется для разгона до необходимой (то есть номинальной) скорости вращения. В это время обмотки индуктора замкнуты накоротко или с помощью реостата. После достижения необходимой скорости на индуктор начинает подаваться постоянный ток.

Достоинства и недостатки

Основными недостатками этого типа двигателя являются:

• необходимость питания обмотки постоянного тока;
• сложность спуска;
• скользящий контакт.

Большинство генераторов, где бы они ни использовались, являются синхронными. Преимущества таких двигателей в целом:

• высочайшая надежность;
• самый высокий коэффициент полезного действия;
• простота обслуживания.

Двигатель асинхронный

Данный тип устройства представляет собой механизм, направленный на преобразование электрической энергии переменного тока в механическую. Из самого названия «асинхронный» можно сделать вывод, что это неодновременный процесс.Действительно, частота вращения магнитного поля статора всегда выше, чем поле ротора.
Такое устройство состоит из статора цилиндрической формы и ротора, в зависимости от того, какие асинхронные короткозамкнутые двигатели могут быть с фазным ротором.

Принцип работы

Двигатель работает на основе взаимодействия магнитного поля статора и токов, индуцируемых этим же полем в роторе. Момент поворота возникает при разнице частоты вращения полей.

Подведем итог, чем синхронный двигатель отличается от асинхронного. Чем объясняется широкое применение одного типа и ограниченное — другого?

Синхронный и асинхронный двигатель: различия

Разница между работой двигателей заключается в роторе. В синхронном типе он состоит из постоянного или электрического магнита. Из-за притяжения противоположных полюсов вращающееся поле статора притягивает магнитный ротор. Скорость у них такая же.Отсюда и название — синхронный.

В нем можно добиться, в отличие от асинхронного, даже опережения напряжения по фазам. Тогда устройство, как и конденсаторные батареи, можно использовать для увеличения мощности. Асинхронные двигатели

, в свою очередь, просты и надежны, но их недостатком является сложность регулировки скорости вращения. Чтобы реверсировать трехфазный асинхронный двигатель (т. Е. Изменить направление его вращения в противоположном направлении), меняют расположение двух фаз или двух линейных проводов, подходящих к обмотке статора.

Если рассматривать частоту вращения, то здесь различия синхронного и асинхронного двигателей. В синхронном типе этот показатель постоянный, в отличие от асинхронного типа. Поэтому первый используется там, где требуется постоянная скорость и полная управляемость, например, в насосах, вентиляторах и компрессорах.

Выявить по наличию того или иного прибора рассматриваемые типы приборов очень просто. На асинхронном двигателе не будет круглого числа оборотов (например, девятьсот тридцать в минуту), в то время как на синхронном двигателе будет круглое число (например, тысяча оборотов в минуту).

И те, и другие двигатели управляются достаточно сложно. Синхронный тип имеет жесткую характеристику механики: при любой переменной нагрузке на вал двигателя скорость вращения будет одинаковой. При этом нагрузка, конечно же, должна измениться с учетом того, что двигатель способен ее выдержать, иначе это приведет к поломке механизма.

Так устроен синхронно-асинхронный двигатель. Отличия обоих типов определяют сферу их использования, когда один вид справится с задачей оптимально, для другого это будет проблематично.В то же время встречаются и комбинированные механизмы.

.

Определение: Асинхронный двигатель — Справка разработчика

Переключить навигацию

• Инструменты разработки
  • Какие инструменты мне нужны?
  • Программные средства
    • Начни здесь
    • MPLAB® X IDE
      • Начни здесь
      • Установка
      • Введение в среду разработки MPLAB X
      • Переход на MPLAB X IDE
        • Переход с MPLAB IDE v8
        • Переход с Atmel Studio
      • Конфигурация
      • Плагины
      • Пользовательский интерфейс
      • Проектов
      • файлов
      • Редактор
        • Редактор
        • Интерфейс и ярлыки
        • Основные задачи
        • Внешний вид
        • Динамическая обратная связь
        • Навигация
        • Поиск, замена и рефакторинг
        • Инструменты повышения производительности
          • Инструменты повышения производительности
          • Автоматическое форматирование кода
          • Список задач
          • Сравнение файлов (разница)
          • Создать документацию
      • Управление окнами
      • Сочетания клавиш
      • Отладка
      • Контроль версий
      • Автоматизация
        • Язык управления стимулами (SCL)
        • Отладчик командной строки (MDB)
        • Создание сценариев IDE с помощью Groovy
      • Поиск и устранение неисправностей
      • Работа вне MPLAB X IDE
      • Прочие ресурсы
    • Улучшенная версия MPLAB Xpress
    • MPLAB Xpress
    • MPLAB IPE
    • Программирование на C
    • Компиляторы MPLAB® XC
      • Начни здесь
      • Компилятор MPLAB® XC8
      • Компилятор MPLAB XC16
      • Компилятор MPLAB XC32
      • Компилятор MPLAB XC32 ++

      Охват кода

      • MPLAB
    • Компилятор IAR C / C ++
    • Конфигуратор кода MPLAB (MCC)
    • Гармония MPLAB v2
    • Гармония MPLAB v3
    • среда разработки Atmel® Studio
    • Atmel СТАРТ (ASF4)
    • Advanced Software Framework v3 (ASF3)
      • Начни здесь
      • ASF3 Учебники
        • ASF Audio Sine Tone Учебное пособие
        • Интерфейс ЖК-дисплея с SAM L22 MCU Учебное пособие
    • Блоки устройств MPLAB® для Simulink®
    • Утилиты

    Инструменты проектирования

    • FPGA
    • Аналоговый симулятор MPLAB® Mindi ™
  • Аппаратные средства
    • Начни здесь
    • Сравнение аппаратных средств
    • Средства отладки и память устройства
    • Исполнительный отладчик
    • Демо-платы и стартовые наборы
    • Внутрисхемный эмулятор MPLAB® REAL ICE ™
    • Эмулятор SAM-ICE JTAG

    Внутрисхемный эмулятор

    • Atmel® ICE
    • Power Debugger
    • Внутрисхемный отладчик MPLAB® ICD 3
    • Внутрисхемный отладчик MPLAB® ICD 4

    Внутрисхемный отладчик

    • PICkit ™ 3
    • Внутрисхемный отладчик MPLAB® PICkit ™ 4
    • MPLAB® Snap
    • MPLAB PM3 Универсальный программатор устройств
    • Принадлежности
      • Заголовки эмуляции и пакеты расширения эмуляции
      • Пакеты расширения процессора и отладочные заголовки
        • Начни здесь

        Обзор

        • PEP и отладочных заголовков
        • Требуемый список заголовков отладки
          • Таблица обязательных отладочных заголовков
          • AC162050, AC162058
          • AC162052, AC162055, AC162056, AC162057
          • AC162053, AC162054
          • AC162059, AC162070, AC162096
          • AC162060
          • AC162061
          • AC162066
          • AC162083
          • AC244023, AC244024
          • AC244028
          • AC244045
          • AC244051, AC244052, AC244061
          • AC244062
        • Необязательный список заголовков отладки
          • Список необязательных отладочных заголовков — устройства PIC12 / 16
          • Дополнительный список заголовков отладки — устройства PIC18
          • Дополнительный список заголовков отладки — Устройства PIC24
        • Целевые следы заголовка отладки
        • Отладочные подключения заголовков
    • SEGGER J-Link
    • K2L Сетевые инструментальные решения
    • Рекомендации по проектированию средств разработки
    • Ограничения отладки — микроконтроллеры PIC
    • Инженерно-технические примечания (ETN) [[li]] Встраиваемые платформы chipKIT ™

• Проектов
  • Начни здесь
  • Преобразование мощности
    • AN2039 Четырехканальный секвенсор питания PIC16F1XXX
  • 8-битные микроконтроллеры PIC®
  • 8-битные микроконтроллеры AVR®
  • 16-битные микроконтроллеры PIC®
  • 32-битные микроконтроллеры SAM
  • 32-разрядные микропроцессоры SAM
    • Разработка приложений SAM MPU с MPLAB X IDE

    Примеры пакетов программного обеспечения

    • SAM MPU
  • Запланировано дополнительное содержание…

• Продукты
  • 8-битные микроконтроллеры PIC
  • 8-битные микроконтроллеры AVR
    • Начни здесь

    Структура 8-битного микроконтроллера AVR®

    • 8-битные периферийные устройства AVR®
      • Осциллятор
      • USART
      • прерываний
      • аналоговый компаратор и опорное напряжение
      • Таймер / счетчики
      • Внутренний датчик температуры
      • Работа с низким энергопотреблением
      • Сброс источников
    • Начало работы с микроконтроллерами AVR®
    • Использование микроконтроллеров AVR® с Atmel START
    • Запланировано дополнительное содержание…
  • 16-битные микроконтроллеры PIC и dsPIC DSC
  • 32-битные микроконтроллеры

.

Модель динамики трехфазной асинхронной машины,
также известен как индукционная машина

 [скольжение, th, i  как , i  bs , i  cs , фаза  как , фаза  bs , фаза  cs ] 

 [скольжение, th, i  как , i  bs , i  cs , фаза  как , фаза  bs , фаза  cs  , i  ar , i  br , i  cr , фаза  ar , фаза  br , фаза  cr ]
 

.

Расчет электрических параметров асинхронного двигателя с двойной клеткой
машина на основе стандартных спецификаций производителя

Синтаксис

power_AsynchronousMachineParams
params = power_AsynchronousMachineParams (spec)
params = power_AsynchronousMachineParams (spec, options)
[params, spec2] = power_Asynchronous
параметры)
[params, spec2, errors] = power_AsynchronousMachineParams (spec,
опций)


Описание

power_AsynchronousMachineParams открывает графический
пользовательский интерфейс для вычисления параметров маски, необходимых для двойной клетки
асинхронный машинный блок на основе стандартных спецификаций производителя.

params = power_AsynchronousMachineParams (spec) вычисляет
параметры машины из входной структуры spec ,
который содержит данные производителя. Решение возвращается в
структура вывода params .

params = power_AsynchronousMachineParams (spec, options) позволяет
вы указываете дополнительные параметры (отображение деталей, рисование графиков, параметр
единиц и единиц графика) во входной структуре опции .

[params, spec2] = power_AsynchronousMachineParams (spec,
options) возвращает входные данные производителя вместе с
некоторые дополнительные производные данные (синхронная скорость, количество пар полюсов,
номинальное скольжение, пусковой момент и т. д.) в структуре spec2 .

[params, spec2, errors] = power_AsynchronousMachineParams (spec,
options) возвращает относительные ошибки между входными
данные производителя и эквивалентные данные, полученные с помощью вычисленных
параметры в структуре ошибок .

Электрические параметры двухкамерной асинхронной машины

На следующем рисунке показана установившаяся эквивалентная схема.
двухкамерной асинхронной машины.

R _s , L _ls , R _r1 , L _lr1 , R _r2 , L _lr2 , L _м являются
семь электрических параметров машины.Они образуют поля
структуры params , как описано в разделе «Выходные аргументы».

Функция power_AsynchronousMachineParams
вычисляет семь параметров машины, решая нелинейные уравнения
в виде f ( x )
= 0 с:

.