Характеристики двигателей переменного тока

1.

Лекция
Электромеханические и
механические
характеристики
электродвигателей

2.

Вопросы по теме:
1. Общие сведения о механических
характеристиках электродвигателей.
2. Механические характеристики
трехфазных асинхронных
электродвигателей, однофазных и
синхронных.
3. Механические характеристики
двигателей постоянного тока.
4. Тормозные режимы электродвигателей
и искусственные характеристики.

3. Общие сведения о механических характеристиках электродвигателей.

Механическая характеристика электродвигателя – зависимость скорости вращения от
электромагнитного момента, развиваемого
электродвигателем в установившемся режиме, то
есть ω=f(M).
Естественная характеристика соответствует
основной схеме включения эл.дв. Номинальные
параметры питающего напряжения.
Искусственная характеристика – включение эл.дв.
по специальным схемам или неноминальные
параметры питающего напряжения.
Жесткость – качественная оценка механической
характеристики эл.дв.

4. Общие сведения о механических характеристиках электродвигателей.

dM ΔM
β
,
dω
Δω
Н м c
где β жесткость м.х.,
;
рад
dM приращение момента , Н м;
dω угловая скорость, рад / с.

5. Общие сведения о механических характеристиках электродвигателей.

ω,
рад/с
1
2
3
4
Механическая характеристика эл.дв.
М,
Н·м

6. Общие сведения о механических характеристиках электродвигателей.

1 – М.х. синхронного эл.дв. Абсолютно жесткая
(β=∞).
2 – М.х. эл.дв. постоянного тока независимого
возбуждения. Жесткая.
3 – М.х. эл.дв. постоянного тока
последовательного возбуждения. Мягкая.
4 – М.х. асинхронного эл.дв. Переменная
жескость.

7. Трехфазный асинхронных эл.пр.

Эл.пр. с АД – самый распространенный вид эл.пр.
в с.х. и промышленности.
АД применяют для нерегулируемого эл.пр. и
регулируемого с использованием частотного
преобразователя (ЧП).

8. Схемы включения АД

~ U1; f1
~ U1; f1
I1
I1
Rc
R1д
M
Rc
R1д
M
Rp
I2
R2д
а) с фазным ротором
б) с к.з. ротором

9. Схема замещения АД

Для получения выражений электромеханической
(эл.м.х.) и механической (м.х.) характеристик АД
условно представляют в виде схемы замещения, на
которой цепи статора и ротора представлены
активными и индуктивными сопротивлениями.
На схеме замещения АД ЭДС и параметры цепи ротора
приведены к цепи статора, что позволяет объединить
две цепи соединительными элементами;
в действительности связь осуществляется через
магнитное поле.
Приведение осуществляется с помощью
коэффициента трансформации АД по ЭДС:

10. Схема замещения АД

U ф ном
E1
k
0,95
,
E2
E2 k
(1)
где E1 , E2 фазные ЭДС статора и ротора
при неподвижном роторе, B;
U ф ном фазное напряжение сети , B.

11. Схема замещения АД

Расчетные формулы приведения имеют вид
/
E2 E2 k E1;
I 2/
I2
;
k
2
/
R2 R2 k ;
2
/
X2 X2 k
где штрихом обозначены приведенные значения.

12. Схема замещения АД

I 1
R1
U ф I
X
X1
I 2 X 2
E1 E2
R2
s
R
U ф действующее значение фазного напряжения сети , В; I1 , I , I 2
фазный ток статора, намагничивания и приведенный ротора, А;
X 1 , X 2 индуктивные сопротивления от потоков рассеивания
фазных обмоток статора и приведенный ротора, Ом; Х
индуктивное сопротивление контура намагничивания, Ом; R1
суммарное активное сопротивление обмотки фазы статора, Ом;
R2 суммарное активное приведенное сопротивление обмотки

13. Схема замещения АД

0
2 f1
ротора, Ом; s
скольжение АД ; 0
угловая
0
p
скорость магнитного поля статора.
Как видно из схемы замещения, ЭДС статора
равна приведенной ЭДС ротора, а ток
намагничивания, определяющий магнитный поток
АД протекающий по отдельной цепи, состоящей
из сопротивлений контура намагничивания,
представляет собой векторную сумму токов
статора и приведенного роторного.

14. Электромеханическая характеристика АД

Электромеханическая характеристика АД
получается из схемы замещения:
I 2 ( s )
Uф
,
(2)
R2
2
R
Х
1
К
s
где Х К X 1 X 2 индуктивное фазное
2
сопротивление короткого замыкания , Ом

15. Электромеханическая характеристика АД

Эл.м.х. АД представляется в виде зависимости Ip
от s. Переход к зависимости f ( I 2 )
осуществляется с помощью формулы для
скольжения:
0 1 s
(3)
По формуле 2 получаем эл.м.х. АД в различных
точках: идеального холостого хода;
s 0, 0 , I 2 0
точка к.з. при отсутствии вращения ротора;
s 1, 0, I 2 I К .З.
максимального значения тока ротора
Uф
R2
s
, 0 (1 s ), I 2 I max
R1
XК

16. Электромеханическая характеристика АД

I 2
I max
I пуск
s
0
-3
-2
-1
0
1
2
Электромеханическая характеристика АД
3

17. Механическая характеристика АД

Момент на валу АД по схеме замещения
определяется как потери в цепи ротора:
P2 М 0 s
2
3 I 2 R2 ,
(7 )
где M момент на валу АД , Н м
откуда момент
3 I 2 2 R2
M
,
0 s
(8)

18. Механическая характеристика АД

P2P2 M
Механическая характеристика АД
• Потери мощности в цепи ротора P ,
2
выраженные через механические координаты АД,
есть разность электромагнитной мощности
Pэм M 0 и полезной механической
мощности
P M , т.е.
2
P2 Pэм P2 M 0 M M 0 s

19. Механическая характеристика АД

Подставляя в формулу (8) формулу (2) получим:
M
0 s R1
2
3 U ф R2
2
R2
(X
s
2
X
)
1
2
,
(9)
Если вычислить производную выражения (9) по s
и приравнять ее нулю, получим критический
момент (исследование на экстремум) dM
0
2
ds
3 U ф
MК
,
(10)
2
2
2 0 R1 Х К R1

20. Механическая характеристика АД

и критическое скольжение
sК
R2
2
R1
2
XК
(11)
Если разделить (9) на (10) то получим более
удобную форму записи механической
характеристики
MК
2 M К (1 s )
,
s sК
2 s
sК
s
R1
где
R2
(12)

21. Механическая характеристика АД

M К,Д
Двига
Режим
тельный
торможения
режим
противо
включением
M ном
sК
-3
-2
-1
-1
0
sК
Генераторный
режим работы
паралельно с
сетью
M К ,Г
1
2
3

22. Механическая характеристика АД

Если пренебречь сопротивлением статора
2 MК
M
,
s sК
sК
s
MК
3 U ф2
2 0 X К
sК
R2
XК
(13)
,
(14)
(15)

23. Механическая характеристика АД

Если в (13) подставить номинальные значения
момента и скольжения и обозначить (кратность
максимального момента)
M
M
К
MН
то получим формулу связывающую критическое и
номинальное скольжения
sК sн М
2
М
1
эту формулу можно использовать для
определения sК паспортным данным
электродвигателя.
(16)

24. Механическая характеристика АД

• Для малых скольжений можно пренебречь s/sк
• В этом случае M=2Mк /sк

25. Включение однофазного АД

Выпускаются однофазные АД мощностью от 18 до
400 Вт. Однофазные АД имеют худшие
характеристики по сравнению с трех фазными.
Мощность на 30% процентов ниже по сравнению с
трехфазными при тех же габаритах. Низкая
перегрузочная способность.
~ U1; f1
A
I1
B
M