Високочестотни електрически двигатели

При раздробяване на отвори с малки диаметри, за да се осигури правилна скорост на рязане, са необходими много високи скорости на въртене на шлифовъчните шпиндели. По този начин при шлифоване на отвори с диаметър 5 mm в кръг с диаметър 3 mm при скорост само 30 m / s, шпинделът трябва да има скорост на въртене 200 000 оборота в минута.

Прилагането с цел увеличаване скоростта на трансмисиите на коланите е ограничено от максимално допустимите скорости на ремъка. Скоростта на въртене на шпиндела с ремъчно задвижване обикновено не надвишава 10 000 r / min и коланите се плъзгат бързо (след 150-300 часа) и създават вибрации по време на работа.

Високоскоростните пневматични колела също не винаги са подходящи благодарение на много голямата мекота на техните механични характеристики.

Проблемът за създаване на високоскоростни шпиндели е от особено значение за производството на сачмени лагери, които изискват висококачествено вътрешно и шлайфане. В тази насока в машиностроенето и индустрията с топки се използват многобройни модели на така наречените електрически шпиндели с скорост на въртене от 12 000 до 50 000 оборота и повече.

Електрическият шпиндел (фиг.1) е шлифовъчен шпиндел с три опори и вграден високочестотен мотор с късо съединение. Роторът на двигателя се поставя между два спори в края на шпиндела, срещу колелото за шлайфане.

По-малко често използвани дизайни с две или четири опори. В последния случай валът на мотора е свързан към шпиндела посредством съединител.

Електрическият статор на електродвигателя е монтиран от електрическа стоманена ламарина. Това е биполярна ликвидация. Роторът на двигателя при скорост до 30-50 хиляди об / мин също се извлича от стоманена ламарина и се доставя с обикновена къса намотка. Ако е възможно, намалете диаметъра на ротора.

При скорости над 50 000 об / мин, поради значителни загуби, статорът се снабдява с кожух с охлаждане с течаща вода. Роторите на двигателите, проектирани да работят при такива скорости, са направени под формата на солиден стоманен цилиндър.

От особена важност за работата на електрическите шпиндели е изборът на типа лагери. При скорости до -50 000 об / мин се използват високопрецизни сачмени лагери. Такива лагери трябва да имат максимален просвет, който не надвишава 30 микрона, което се постига чрез правилно сортиране. Лагерите работят с предварително натоварване, създадено от калибрирани пружини. Трябва да се обърне голямо внимание на калибрирането на пружините на предварително натоварване на сачмените лагери и на избора на тяхното херметичност при кацане.

При скорости, по-високи от 50 000 оборота в минута, лагерите работят задоволително с интензивно охлаждане от маслото, доставено от специална помпа. Понякога смазочният материал се доставя в състояние на разпръскване.

Високочестотните електрически шпиндели за 100 000 оборота в минута също са конструирани на аеродинамични опори (лагери с охлаждане с въздух).

При производството на високочестотни електродвигатели се изискват много прецизно производство на отделни части, динамично балансиране на ротора, точно сглобяване и осигуряване на стриктна еднородност на пролуката между статора и ротора.

Във връзка с гореизложеното, производството на електрически шпиндели, произведени при специални технически условия.

Фиг.1. Високочестотно шлайфане на електрически шпиндел.

Ефективността на високочестотните двигатели е сравнително малка. Това се дължи на наличието на увеличени загуби от стомана и загуба на триене в лагерите.

Размерът и теглото на високочестотните електрически двигатели са сравнително малки.

Фиг. 2. Модерен високочестотен електрически шпиндел

Използването на електрически шпиндели вместо задвижвани от колан задвижвания при производството на сачмени лагери увеличава производителността на труда при работа с вътрешни шлифовъчни машини с най-малко 15-20%, рязко намалява скрапта на конус, овалност и повърхностна обработка. Трайността на шлифовъчните шпиндели се увеличава 5-10 пъти или повече.

Много голям интерес представлява използването на високоскоростни шпиндели при пробиване на отвори с диаметър по-малък от 1 мм.

Честотата на подаване на тока на високочестотния електродвигател се избира в зависимост от желаната скорост на въртене n на електродвигателя, съгласно формулата

Така при скоростите на въртене на електрическите шпиндели от 12 000 и 120 000 об. / Мин. Се изискват съответно честоти от 200 и 2000 Hz.

За захранване на високочестотни двигатели, използвани преди това специални високочестотни генератори. Сега за тези цели те използват статични честотни преобразуватели на високоскоростни транзистори с полеви ефекти.

На фиг. Фигура 3 показва синхронен индукционен генератор на трифазен ток от местно производство (тип GIS-1). Както може да се види от чертежа, върху статора на такъв генератор има широки и тесни канали. Възбуждащата намотка, чиито намотки са разположени в широките жлебове на статора, се захранва от постоянен ток. Магнитното поле на тези бобини се затваря през зъбите на статора и издатините на ротора, както е показано на фиг. 3 пунктирана линия.

Фиг. 3. Индукционен генератор с голям ток.

Когато роторът се върти, магнитното поле, движещо се заедно с издатините на ротора, пресича завоите на намотката на променлив ток, поставена в тесните жлебове на статора и предизвиква променлива е в тях. г. а. Честотата на това е. г. а. зависи от скоростта на въртене и от броя на издатините на ротора. Електромоторните сили, предизвикани от същия поток в намотките на възбуждащата намотка, взаимно се компенсират от контра-превключването на намотките.

Възбуждащата намотка се захранва чрез селенов изправител, свързан към AC мрежа. Както статорът, така и роторът имат магнитни ядра от листова стомана.

Генераторите на описания дизайн се произвеждат при номинална мощност 1,5; 3 и 6 kW и при честоти 400, 600, 800 и 1200 Hz. Номиналната скорост на въртене на синхронните генератори е 3000 оборота в минута.

Асинхронни машини

2.1. История на създаването и обхвата на асинхронните двигатели

Понастоящем асинхронните машини се използват предимно в режим на двигателя. Машините с капацитет повече от 0.5 kW обикновено се изпълняват от трифазни и при по-ниска мощност - от еднофазни.

За първи път беше разработен, създаден и тестван от руския ни инженер М. О. Доливо-Доброволски през 1889-91 г. конструкцията на трифазен асинхронен двигател. Първите двигатели бяха демонстрирани на Международния електротехнически панаир във Франкфурт на Майн през септември 1891 г. Изложбата включваше три трифазни двигатели с различна мощност. Най-мощният от тях е с мощност от 1,5 kW и е използван за задвижване на DC генератора в ротация. Дизайнът на асинхронния двигател, предложен от Dolio-Dobrovolsky, се оказа много успешен и е основният вид на дизайна на тези двигатели досега.

През годините асинхронните двигатели са намерили широко приложение в различни отрасли и селско стопанство. Използват се за електрическо задвижване на металорежещи машини, подемни и транспортни машини, конвейери, помпи, вентилатори. В устройствата за автоматизация се използват двигатели с малка мощност.

Широкото използване на асинхронни двигатели се дължи на предимствата им в сравнение с други двигатели: висока надеждност, възможност за работа директно от променливотоково захранване, лесна поддръжка.

2.2. Устройството на трифазната асинхронна машина

Фиксираната част на машината се нарича статор, подвижната част - ротора. Статорното ядро ​​е сглобено от електрическа стоманена ламарина и е притиснато в рамката. На фиг. 2.1 показва структурата на статорната сърцевина. Леглото (1) е отлято от немагнитен материал. Най-често леглото е направено от чугун или алуминий. На вътрешната повърхност на листовете (2), от които е направена статорната сърцевина, има жлебове, в които е поставена трифазна намотка (3). Стационарната намотка е направена предимно от изолирана медна тел с кръгло или правоъгълно напречно сечение, по-рядко от алуминий.

Стационарната намотка се състои от три отделни части, наречени фази. Началото на фазите се обозначава с буквите $ c_1,

Началото и краят на фазите се довеждат до клемния блок (фигура 2.2.а), монтиран върху рамката. Намотката на статора може да бъде свързана според звезда (фиг.2.2.b) или триъгълник (фиг.2.2.с). Изборът на схемата за свързване на статорната намотка зависи от напрежението в мрежата и данните от паспорта на двигателя. В паспорта на трифазен двигател са зададени напреженията на мрежата и свързващата верига на намотката на статора. Например, 660/380, Y / Δ. Този двигател може да бъде свързан към мрежата с $ U_l = 660V $ според звездната верига или мрежата с $ U_l = 380V $ - според схемата на триъгълника.

Основната цел на намотката на статора е да се създаде въртящо се магнитно поле в машината.

Ядрото на ротора (фиг. 2.3.б) се набира от листове от електрическа стомана, от външната страна на които има жлебове, в които е поставена роторната намотка. Намотката на ротора е от два вида: късо съединение и фаза. Съответно, асинхронните двигатели идват с ротор на катерица и фазов ротор (с хлъзгащи пръстени).

Краткотрайната намотка (фиг. 2.3) на ротора се състои от пръчки 3, които се поставят в процепите на сърцевината на ротора. От краищата тези пръчки се затварят с крайни пръстени 4. Такава намотка напомня "катерица" и се нарича "катерица" (фиг. 2.3.а). Моторният катер на катерица няма движещи се контакти. Поради това такива двигатели са много надеждни. Роторната намотка е изработена от мед, алуминий, месинг и други материали.

Доливо-Доброволски пръв създаде двигател с ротор на катерица и изследва свойствата си. Той разбра, че такива двигатели имат много сериозен недостатък - ограничен начален въртящ момент. Доливо-Доброволски обясни причината за този недостатък - много къс ротор. Той също така предложи дизайн на мотор с фазов ротор.

На фиг. Фигура 2.4 показва изглед на асинхронна машина с фазов ротор в секцията: 1 - легло, 2 - статорна намотка, 3 - роторна, 4 - хлъзгащи пръстени, 5 - четки.

При фазовия ротор намотката е трифазна, подобна на намотката на статора, със същия брой двойки полюси. Бобините на намотката се поставят в процепите на сърцевината на ротора и се свързват според звездата. Краищата на всяка фаза са свързани с приплъзващи пръстени, прикрепени към вала на ротора, и чрез четки се извеждат към външната верига. Плъзгащите пръстени са изработени от месинг или стомана, те трябва да бъдат изолирани един от друг и от вала. Металните четки се използват като четки, които се притискат към контактните пръстени с помощта на пружинни пружини, закрепени в тялото на машината. На фиг. 2.5 показва символа на асинхронен двигател с късо съединение (a) и фаза (b).

На фиг. Фигура 2.6 е изглед в разрез на асинхронна машина с ротор на катеричка с катерици: 1-слойна, 2-статорна сърцевина, 3-статорна намотка, 4-роторна сърцевина с късо съединение, 5-валова.

На таблото на устройството, прикрепено към рамката, данните се дават: $ P_n,

n_n $, както и вида на машината.

  • $ P_n $ е номиналната нетна мощност (на вал)
  • $ U_n $ и $ I_n $ са номиналните стойности на напрежението и тока на линията за определената схема на свързване. Например, 380/220, Y / Δ, $ I_n $ Y / $ I_n $ Δ.
  • $ n_n $ - номинална скорост в обороти в минута.

Видът на машината, например, е даден във формата 4AH315S8. Това е асинхронен двигател (A) от четвъртата серия от защитени характеристики. Ако липсва буквата H, двигателят е затворен.

  • 315 - височина на оста на въртене в мм;
  • S - инсталационни размери (те са посочени в указателя);
  • 8 - броя на полюсите на машината.

2.3. Получаване на въртящо се магнитно поле

  1. наличието на поне две намотки;
  2. токовете в намотките трябва да бъдат различни във фаза
  3. Оста на намотките трябва да бъде изместена в пространството.

При трифазната машина с една двойка полюси ($ p = 1 $) оста на намотките трябва да се измести в пространството под ъгъл от 120 °, с две двойки стълбове ($ p = 2 $), оста на намотките трябва да се измести в пространството под ъгъл от 60 ° и t.d.

Помислете за магнитно поле, което е създадено с използване на трифазна намотка с една двойка полюси ($ p = 1 $) (фигура 2.7). Осите на фазовите намотки са изместени в пространството под ъгъл от 120 °, а магнитните индукции на отделни фази, създадени от тях ($ B_A,

B_C $) също са изместени в пространството под ъгъл от 120 °.

Магнитните индукции на полетата, създадени от всяка фаза, както и напреженията, приложени към тези фази, са синусоидални и се различават във фаза под ъгъл от 120 °.

Приемайки началната фаза на индукция във фаза $ A $ ($ φ_A $), равна на нула, можем да напишем:

Магнитната индукция на полученото магнитно поле се определя от векторната сума на тези три магнитни индукции.

Намерете получената магнитна индукция (Фигура 2.8), като използвате векторни диаграми, като ги конструирате за няколко точки във времето.

Както е показано на фиг. 2.8, магнитната индукция $ B $ на полученото магнитно поле на машината се върти, оставайки непроменена в мащаба. По този начин трифазната намотка на статора създава кръгово въртящо се магнитно поле в машината. Посоката на въртене на магнитното поле зависи от реда на фазовото въртене. Магнитуд на получената магнитна индукция

Честотата на въртене на магнитното поле $ n_0 $ зависи от честотата на мрежата $ f $ и броя двойки полюси на магнитното поле $ p $.

$ n_0 = (60 f) / p $, [rpm].

Моля, обърнете внимание, че честотата на въртене на магнитното поле не зависи от режима на работа на асинхронната машина и нейното натоварване.

При анализиране на работата на асинхронна машина често се използва концепцията за скоростта на въртене на магнитното поле $ ω_0 $, която се определя от отношението:

$ ω_0 = (2 π f) / p = π n_0 / 30 $, [rad / s].

2.4. Режими на работа на трифазна асинхронна машина

Асинхронната машина може да работи в режимите на двигателя, генератора и електромагнитната спирачка.

Режим на двигателя

Този режим се използва за преобразуване на консумираната от мрежата електрическа енергия в механична.

Нека намотката на статора да създаде магнитно поле, въртящо се с честота $ n_0 $ в определената посока (Фигура 2.9). Това поле ще се управлява съгласно закона за електромагнитната индукция в намотката на ротора ЕМП. Посоката на ЕМП се определя от правилото на дясната ръка и е показано на фигурата (линиите на сила трябва да влязат в дланта, а палецът трябва да бъде насочен по посока на проводника, т.е. ротора спрямо магнитното поле). В намотката на ротора ще се появи ток, чието направление ще приемем да съвпада с посоката на ЕМП. В резултат на взаимодействието на роторната намотка с токово и въртящо се магнитно поле, възниква електромагнитна сила $ F $. Направлението на силата се определя от правилото на лявата ръка (линиите на сила трябва да влязат в дланта, четири пръста по посока на тока в намотката на ротора). В този режим (фиг.2.9), електромагнитната сила ще създаде въртящ момент, под действието на който роторът ще започне да се върти с честота $ n $. Посоката на въртене на ротора съвпада с посоката на въртене на магнитното поле. За да промените посоката на въртене на ротора (обърнете двигателя), трябва да промените посоката на въртене на магнитното поле. За да се обърне мотора, е необходимо да се промени фазовата последователност на приложеното напрежение, т.е. превключете две фази.

Нека под действието на електромагнитния момент роторът започва да се върти с честотата на въртене на магнитното поле ($ n = n_0 $). В този случай в намотката на ротора EMF $ E_2 $ ще бъде нула. Токът в намотката на ротора $ I_2 = 0 $, електромагнитният момент $ M $ също ще стане нула. Поради това роторът ще се върти по-бавно, в намотката на ротора ще се появи ЕМФ, токът. Ще се появи електромагнитен момент. По този начин, в режим на двигателя, роторът ще се върти асинхронно с магнитното поле. Скоростта на ротора ще се промени, когато натоварването на вала се промени. Оттук и името на двигателя - асинхронно (асинхронно). С увеличаването на натоварването на вала двигателят трябва да развие по-голям въртящ момент и това се случва, когато скоростта на ротора намалява. За разлика от скоростта на ротора, честотата на въртене на магнитното поле не зависи от товара. За да се сравни честотата на въртене на магнитното поле $ n_0 $ и ротора n, е въведен коефициент, който се нарича "приплъзване" и е означен с буквата $ S $. Подхлъзването може да бъде измерено в относителни единици и като процент.

$ S = (n_0 - n) / n_0 $ или $ S = [n_0 - n) / n_0] 100% $.

При стартиране на индукционния мотор $ n = 0,

S = 1 $. В перфектен режим на готовност $ n = n_0,

S = 0 $. По този начин, в режим на двигателя, плъзгането се променя в рамките на:

Когато асинхронните двигатели работят в номинален режим:

Реални асинхронни двигатели с празен ход:

Режим генератор

Този режим служи за превръщане на механичната енергия в електрическа енергия, т.е. асинхронната машина трябва да развие спирачен момент на вала и да достави електрическа енергия в мрежата. Асинхронната машина преминава в режим на генератор, ако роторът започне да се върти по-бързо от магнитното поле ($ n gt n_0 $). Този режим може да възникне например при регулиране на скоростта на ротора.

Нека $ n gt n_0 $. В този случай посоката на ЕМП и тока на ротора ще се промени (в сравнение с режима на двигателя) и ще се промени посоката на електромагнитната сила и електромагнитния момент (фиг. 2.10). Машината започва да развива спирачен момент върху вала (изразходва механична енергия) и връща електрическа енергия в мрежата (посоката на тока на ротора е променена, т.е. посоката на пренос на електрическа енергия).

По този начин, в генераторния режим, плъзгането варира в рамките на:

Режим на електромагнитна спирачка

Този режим на работа се получава, когато роторът и магнитното поле се завъртат в различни посоки. Този режим на работа се осъществява при обръщане на индукционен двигател, когато последователността на фазите се променя, т.е. посоката на въртене на магнитното поле се променя и роторът се върти в същата посока чрез инерция.

Съгласно фиг. 2.11 електромагнитната сила ще създаде спирачен електромагнитен момент, под действието на който скоростта на ротора ще намалее, и тогава ще се получи обратното.

При режим на електромагнитна спирачка машината консумира механична енергия, развива спирачен момент на вала и едновременно с това изразходва електрическа енергия от мрежата. Цялата тази енергия отива да загрява колата.

По този начин при режим на електромагнитна спирачка плъзгането се променя в рамките на:

2.5. Процеси в асинхронна машина

2.5.1. Статорна верига

Магнитното поле, създадено от намотката на статора, се върти спрямо стационарния статор с честота $ n_0 = 60f / p $ и ще предизвика ЕМФ в намотката на статора. Ефективната стойност на ЕМФ, предизвикана от това поле в една фаза на намотката на статора, се определя от израза:

$ E_1 = 4.44 w_1 k_1 f Φ $,

където: $ k_1 = 0.92 ÷ 0.98 $ - коефициент на намотаване;
$ f_1 = f $ - честота на мрежата;
$ w_1 $ - броят на завъртанията на една фаза на намотката на статора;
Φ - полученото магнитно поле в колата.

б) уравнението на електрическото равновесие за фазата на навиване на статора.

Това уравнение се конструира по аналогия с бобина с променлив ток с ядро.

Тук, $ Ú $ и $ Ú_1 $ са мрежовото напрежение и напрежението, приложено към намотката на статора.
$ R_1 $ е активното съпротивление на статорната намотка, свързано с загубите от нагряване на намотката.
$ x_1 $ е индуктивната съпротива на намотката на статора, свързана с потока на изтичане.
$ z_1 $ е импеданс на статорната намотка.
$ İ_1 $ - ток в намотката на статора.

Когато анализираме работата на асинхронни машини, често вземаме $ I_1 z_1 = 0 $. След това можете да напишете:

$ U_1 ≈ E_1 = 4.44 w_1 k_1 f $.

От този израз следва, че магнитният поток Φ в асинхронна машина не зависи от неговия режим на работа, а за дадена мрежова честота $ f $ зависи само от ефективната стойност на приложеното напрежение $ U_1 $. Подобна връзка съществува и в друга AC машина - в трансформатор.

2.5.2. Верижен ротор

а) Честота на тока на емф и ротор.

При стационарен ротор честотата на emf $ f_2 $ е равна на честотата на мрежата $ f $.

$ f_2 = f = (n_0p) / 60 $.

При въртящ се ротор честотата на ЕМП на ротора зависи от честотата на въртене на магнитното поле по отношение на въртящия се ротор, която се определя от отношението:

След това честотата на ЕМП на въртящия се ротор:

Честотата на ЕМП на ротора се променя пропорционално на плъзгането и в режима на двигателя има най-голяма стойност към момента на стартиране на курса.

Нека при $ f = 50 $ Hz, номиналният шрифт $ S_n = 2 $%. След това при номиналната скорост на ротора $ f_2 = f × S_n = 1 $ Hz.

Така при роторната намотка на асинхронна машина, честотата на индуцираната емф зависи от скоростта на ротора.

С фиксиран ротор $ f_2 = f $ и ефективната стойност на ЕМФ се определя по аналогия с $ E_1 $.

$ E_2 = 4.44 w_2 k_2 f $,

където: $ w_2 $ и $ k_2 $ са респективно броя на завъртанията и коефициента на намотката на намотката на ротора.

Ако роторът се върти, тогава $ f_2 = f × S_n $ и emf на въртящия се ротор се определя от отношението:

$ E_ <2S>= 4.44 w_2 k_2 f_2 ^ = E_2 S $.

EMF индуцираната в намотката на ротора варира пропорционално на плъзгането и в режима на двигателя има най-голяма стойност към момента на пускане.

Съотношението на ЕМФ на статора към ЕМФ на неподвижния ротор се нарича съотношението на трансформация на асинхронната машина.

Написваме равновесно уравнение за една фаза на късо съединение на ротор.

С фиксиран ротор.

където: $ x_2 = 2πfL_2 $ е индуктивното съпротивление на намотката на неподвижния ротор, свързано с потока на изтичане;
$ R_2 $ е активното съпротивление на намотката на ротора, свързано с загубите от нагнетяване на намотката.

С въртящ се ротор.

където: $ x_<2S>= 2πf_2L_2 = 2πfL_2S = x_2S $ е индуктивното съпротивление на намотката на въртящия се ротор.

За тока на ротора в общия случай можете да получите това съотношение:

От това следва, че токът на ротора зависи от приплъзването и се увеличава с увеличението му, но по-бавно от ЕМП.

Роторната намотка, подобно на намотката на статора, е многофазна и когато се появи ток в нея, създава свое собствено въртящо се магнитно поле. Обозначаваме с $ n_2 $ честотата на въртене на магнитното поле на ротора спрямо ротора.

$ n_2 = (60 f_2) / p = (60 f S) / p $.

Тук $ p $ е броят на полюсните двойки на намотката на ротора, той винаги е равен на броя двойки полюси на намотката на статора.

Що се отнася до статора, магнитното поле на ротора се върти с честота

От получената връзка следва, че магнитното поле на ротора спрямо статора се върти със същата честота като магнитното поле на статора. По този начин магнитните полета на ротора и статора са фиксирани една спрямо друга. Следователно, при анализиране на работата на асинхронна машина могат да се приложат същите взаимоотношения като трансформатора.

2.5.3. Статорен ток

Тъй като полученото магнитно поле на асинхронната машина не зависи от нейния режим на работа, е възможно да се направи уравнение на магнитомотивните сили за една фаза, като се приравнява магнитомотивната сила в режим на работа на празен ход към сумата от магнитомотивните сили в режим на натоварване.

$ İ_0 w_1 k_1 = 1_1 w_1 k_1 + 2_2 w_2 k_2 $

От тук $ İ_1 = İ_0 + İ'_2 $.

Тук $ I_0 $ е токът в намотката на статора в идеалния режим на работа на празен ход, $ I'_2 = -I_2 (w_2k_2) / (w_1k_1) $ е компонентът на статорния ток, който компенсира действието на магнитно задвижващата сила на роторната намотка. Полученият израз за тока на статора отразява саморегулиращата способност на асинхронната машина. Колкото по-висок е токът на ротора, толкова по-голям е токът на статора. В режим на готовност токът на статора е минимален. В режим на натоварване токът на статора се увеличава. Действителен ток без товар на асинхронна машина $ I_0 = (20 ÷ 60)% I<1н>$ и значително повече в сравнение с номиналния ток, отколкото трансформатора. Това се обяснява с факта, че текущата стойност $ I_0 $ зависи от магнитното съпротивление на средата, в която е създадено магнитното поле. Асинхронната машина, за разлика от трансформатора, има въздушна междина, която ще създаде голяма устойчивост на магнитното поле.

2.6. Електромагнитна асинхронна машина за момента

Електромагнитният момент се получава в присъствието на магнитно поле, създадено от намотката на статора и тока в намотката на ротора. Може да се покаже, че електромагнитният момент се определя от отношението:

$ M = C Φ I_2 cos ψ_2 $.

Тук: - конструктивен фактор;
$ ω_0 = 2 π f / p $ е скоростта на въртене на магнитното поле;
$ ψ_2 $ - фазово отместване между ЕМП и тока на ротора;
$ I_2 cos ψ_2 $ е активната съставка на тока на ротора.

По този начин магнитудът на електромагнитния момент зависи от полученото магнитно поле Φ и активния компонент на тока на ротора.

На фиг. 2.12 е дадено обяснение на ефекта на $ cos ψ_2 $ върху величината на електромагнитния момент: a) $ ψ_2 = 0 ° $, $ ( cos ψ_2 = 1) $; б) $ ψ_2 = 90 ° $, $ ( cos ψ_2 = 0) $.

Както е показано на фиг. 2.12.а, ако $ ψ_2 = 0 ° $, всички проводници на намотката на ротора участват в създаването на електромагнитния момент, т.е. моментът е най-важен. Ако $ ψ_2 = 90 ° $ (фигура 2.12.b), получената електромагнитна сила и момент са нула.

В моторния режим, когато натоварването на вала се промени, скоростта на ротора се променя, което води до промяна на плъзгането, честотата на тока на ротора, индуктивната съпротива на ротора и $ cos _2 $. В резултат на това въртящият момент се променя. На фиг. 2.13 обяснението за влиянието на индуктивната устойчивост на ротора върху ъгъла $ ψ_2 $ се дава: a) при $ S = 1 $ (стартиране); б) при $ S≤1 $ (след ускорение). Най-големите стойности на ЕМП и честотата на тока на ротора са по време на пускането в курса, когато плъзгането е $ S = 1 $. В същото време $ f_2 = f_1 $, $ X_2 gt gt R_2 $, ъгълът $ ψ_2 $ е близо до $ 90 ° $ (Фигура 2.13.а).

Поради малкия $ cos ψ_2 $ по време на пускане, асинхронните двигатели имат ограничен начален въртящ момент. Множеството начален въртящ момент (в сравнение с номиналния) е

$ M_ <пуск>/ M_n = 0,8 ÷ 1,8 $.

Освен това, големият брой се отнася до двигатели със специален дизайн с подобрени начални свойства.

Когато моторният ротор се ускори, честотата на тока на ротора намалява, индуктивната устойчивост на ротора намалява.<2S>$ и ъгълът $ ψ_2 $ намалява (фигура 2.13.б). Това води до увеличаване на въртящия момент и по-нататъшно ускорение на двигателя.

Заменяме отношенията за $ I_2 $, $ cos ψ_2 $ и Φ, получени по-рано за израза за електромагнитния момент:

където: $ k_<тр>$ - съотношението на трансформация на асинхронната машина.

Express $ E_2 = E_1 / k_<тр>$ и $ E_1 $ се равняват на напрежението $ U_1 $, сумирано на намотката на статора ($ E_1≈U_1 $). В резултат на това получаваме друг израз за електромагнитния момент, който е удобен за използване при анализиране на работата на машината при изграждането на нейните характеристики

От получения израз за електромагнитния момент следва, че той силно зависи от приложеното напрежение ($ M sim U_1 ^ 2 $). Ако например напрежението спадне с 10%, електромагнитният момент намалява с 19% ($ M sim (0.9U_1) ^ 2 = 0.81U_1 ^ 2 $). Това е един от недостатъците на асинхронните двигатели, тъй като води до намаляване на производителността на труда и увеличаване на отпадъците в производството.

2.7. Зависимостта на електромагнитния момент от плъзгането

Изразът за електромагнитния момент (*) е валиден за всеки режим на работа и може да бъде използван за изграждане на зависимостта на момента от приплъзването, когато последният се променя от $ + ∞ $ до $ -∞ $ (фигура 2.14).

Обмислете частта от тази характеристика, съответстваща на режима на двигателя, т.е. когато се плъзга, променяйки се от 1 на 0. Отбележете момента, разработен от двигателя по време на стартиране ($ S = 1 $) като $ M_<пуск>$. Схлъзгането, при което моментът достига най-високата стойност, се нарича критичен приплъзване $ S_<кр>$ и максималната стойност на момента - критичния момент $ M_<кр>$. Съотношението на критичната към номиналната се нарича претоварване на двигателя

$ M_ <кр>/ M_n = λ = 2 ÷ 3 $.

От анализа на формулата (*) до максимума, може да се получат отношения за $ M_<кр>$ и $ s_<кр>$

Критичният момент не зависи от активното съпротивление на ротора, а зависи от приложеното напрежение. Намаляването на $ U_1 $ намалява капацитета на претоварване на асинхронен двигател.

От израза (*), разделящ $ M $ на $ M_<кр>$, можете да получите формула, позната като "формула на Kloss", удобна за конструиране на $ M = f (S) $.

Ако заменим номиналните стойности на момент и приплъзване вместо $ M $ и $ S $ ($ M_n $ и $ S_n $) в тази формула, тогава можем да получим връзка за изчисляване на критичния приплъзване.

Характеристиките на графиката (фиг.2.14), при които плъзгането варира от 0 до $ S_<кр>$, съответства на стабилната работа на двигателя. На този сайт се намира точката на номиналния режим ($ M_n $, $ S_n $). В диапазона на приплъзване от 0 до $ S_<кр>Промяната в натоварването на вала на двигателя ще доведе до промяна на скоростта на ротора, промяна на приплъзването и промяна на въртящия момент. С увеличаването на въртящия момент на вала, скоростта на ротора ще се понижи, което ще доведе до увеличаване на въртящия момент и на електромагнитния (въртящ момент) въртящ момент. Ако въртящият момент на натоварването надвиши критичния въртящ момент, двигателят ще спре.

Частта от характеристиката, при която промяната се променя от $ S_<кр>$ 1 отговаря на нестабилната работа на двигателя. Тази част от характеристиките на двигателя преминава през началото на курса и по време на спиране.

2.8. Механична характеристика на асинхронен двигател

Механичната характеристика обикновено се разбира като зависимостта на скоростта на ротора като функция на електромагнитния момент $ n = f (M) $. Тази характеристика (фиг.2.15) може да се получи с помощта на зависимостта $ M = f (S) $ и преизчисляване на скоростта на ротора за различни стойности на приплъзване.

Тъй като $ S = (n_0-n) / n_0 $, оттук $ n = n_0 (1-S) $. Припомнете, че $ n_0 = (60f) / p $ е честотата на въртене на магнитното поле.

Раздел 1-3 съответства на стабилна работа, раздел 3-4 съответства на нестабилна работа. Точка 1 съответства на идеалния празен ход на двигателя, когато $ n = n_0 $. Точка 2 съответства на номиналния режим на двигателя, неговите координати са $ M_n $ и $ n_n $. Точка 3 съответства на критичния момент $ M_<кр>$ и критичната честота $ n_<кр>$. Точка 4 съответства на началния въртящ момент на двигателя $ M_<пуск>$. Механичната характеристика може да бъде изчислена и конструирана от паспортни данни. Точка 1:

където: $ p $ е броят на полюсните двойки на машината;
$ f $ - честота на мрежата.

Точка 2 с координати $ n_n $ и $ M_n $. Номиналната честота на въртене $ n_n $ е посочена в паспорта. Номиналният момент се изчислява по формулата:

тук: $ P_n $ - номинална мощност (мощност на вала).

Точка 3 с координати $ M_<кр>n_<кр>$. Критичният момент се изчислява по формулата $ M_<кр>= M_nλ $. Капацитетът на претоварване λ е зададен в паспорта на двигателя $ n_<кр>= n_0 (1-S_<кр>) $,, $ S_n = (n_0-n_n) / n_0 $ е номиналният пропуск.

Точка 4 има координати $ n = 0 $ и $ M = M_<пуск>$. Началният момент се изчислява по формулата

където: $ λ_<пуск>$ - мултиплицирането на началния момент се определя в паспорта.

Асинхронните двигатели имат твърда механична характеристика, тъй като скоростта на ротора (раздел 1-3) зависи малко от натоварването на вала. Това е едно от предимствата на тези двигатели.

2.9. Съвместната работа на асинхронния двигател с товара върху вала

На фиг. 2.16 разглежда съвместната работа на асинхронния двигател с товара върху вала. Товарният механизъм (фиг.2.16.а) е свързан с вала на двигателя и по време на въртене създава момент на съпротивление (момент на натоварване). Когато натоварването на вала се промени, скоростта на ротора, токовете в намотките на ротора и статора и токът, консумиран от мрежата, автоматично се променят. Нека двигателят работи с товар $ M_<нагр,1>$ в точка 1 (фигура 2.16.b). Ако натоварването на вала се увеличи до $ M_<нагр,2>$, работната точка ще се премести в точка 2. В същото време скоростта на ротора ще намалее ($ n_2 lt n_1 $), а въртящият момент ще се увеличи ($ M_2 gt M_1 $). Намаляването на скоростта на ротора води до увеличаване на приплъзването, увеличаване на токовете в намотките на ротора и статора, т.е. за да увеличите текущия консумиран от мрежата.

2.10. Изкуствени механични характеристики

Механичната характеристика, изградена върху паспортните данни на двигателя, се нарича естествена. Ако промените величината на приложеното напрежение, активното съпротивление на ротора или други параметри, можете да получите механични характеристики, различни от естествените, които се наричат ​​изкуствени.

На фиг. 2.17 показва механичните характеристики на двигателя при различни стойности на приложеното напрежение.

Както е показано на фиг. 2.17 с намаляване на подаденото напрежение, честотата на въртене на магнитното поле $ n_0 $ остава непроменена и критичните $ M_ намалява<кр>$ и стартиране на $ M_<пуск>$ моменти, т.е. капацитетът на претоварване намалява и характеристиките на стартовия двигател се влошават. Когато приложеното напрежение се снижи, механичната характеристика става по-мека.

На фиг. 2.18 показва механичните характеристики на двигателя при различни стойности на активното съпротивление на ротора.

Както е показано на фиг. 2.18 с нарастващо активно съпротивление на роторната намотка поради въвеждането на $ R_ реостат<доб>$ в схемата на фазовия ротор се запазва непроменено $ M_<кр>$, т.е. капацитетът за презареждане на двигателя се запазва, но се наблюдава увеличение на стартовия въртящ момент. Скоростта на въртене в идеалния режим на празен ход остава непроменена, равна на $ n_0 $. Когато активното съпротивление на намотката на ротора се увеличава, механичните характеристики стават по-меки, т.е. влошаване на стабилността на двигателя.

2.11. Пускане на асинхронен двигател

В момента на стартиране на движението $ n = 0 $, т.е. клип $ S = 1 $. защото Токовете в намотките на ротора и статора зависят от хлъзгането и се увеличават с увеличението му, началният ток на двигателя е 5 ÷ 8 пъти по-голям от номиналния му ток

Както беше обсъдено по-горе, поради високата честота на ЕМП на ротора, индукционните двигатели имат ограничен начален въртящ момент.

За да стартирате двигателя, е необходимо стартовият въртящ момент, развит от него, да надвишава въртящия момент на вала. В зависимост от силата на захранването и началните условия се използват различни начини на стартиране, които преследват целите: намаляване на стартовия ток и увеличаване на началния въртящ момент.

Изясняват се следните методи за пускане на индукционните двигатели: директно свързване към електрическата верига, започващо с намалено напрежение, реостатично пускане, използване на двигатели с подобрени начални свойства.

2.11.1. Директна връзка с мрежата

Това е най-лесният и най-евтиният начин да започнете. Определено напрежение се прилага към двигателя ръчно или с дистанционно управление. Директната връзка с мрежата е разрешена, ако мощността на мотора не надвишава 5% от мощността на трансформатора, ако мрежата за осветление също се захранва от нея. Границата на мощността се дължи на спирателните токове в момента на пускане в експлоатация, което води до намаляване на напрежението на клемите на вторичните намотки на трансформатора. Ако мрежата за осветление не се захранва от трансформатора, директната връзка с мрежата може да се използва за двигатели, чиято мощност не надвишава 25% от капацитета на трансформатора.

2.11.2. Започнете при намалено напрежение

Този метод се използва при стартиране на мощни двигатели, за които неприемливо е директната връзка с мрежата. За да се намали напрежението, приложено към намотката на статора, се използват дросели и стъпкови автотрансформатори. След стартиране, напрежението на линията се прилага към намотката на статора.

Намаляването на напрежението се получава, за да се намали стартовия ток, но в същото време, както е показано на фиг. 2.17 и 2.17.b има намаление на началния въртящ момент. Ако напрежението при стартиране се намали с коефициент 3, началният момент ще спадне 3 пъти. Следователно, този метод на пускане може да бъде приложен само когато няма натоварване върху вала, т.е. в неактивен режим.

Ако според данните от паспорта моторът трябва да бъде включен в мрежата съгласно делта схемата, а след това да се намали стартовия ток за времето на стартиране, статорната намотка се включва според звездата.

Основните недостатъци на този метод на стартиране: високата цена на стартовото оборудване и невъзможността да се започне с натоварването на вала.

2.11.3. Реостатично пускане на асинхронни двигатели

Този метод се използва при тежки начални условия, т.е. с голямо натоварване на вала. При стартиране на реостатиците се използват асинхронни двигатели с фазов ротор и в роторната верига се включва стартов реостат. Реостатичният старт се използва за увеличаване на началния въртящ момент. В същото време, началният ток на мотора намалява. Тъй като двигателят ускорява, стартовият резистор се извежда и след завършване на стартирането, намотката на ротора е късо.

На фиг. Фигура 2.19 Показва схемата на реостатично стартиране (Фигура 2.19.а) и механичните характеристики (Фигура 2.19.б) по време на това стартиране.

По време на стартирането (фиг.2.19.а), в роторната верига е вкаран напълно стартов реостат ($ R_<пуск3>= R_<пуск1>+R_<пуск2>$), за които връзките на релетата са $ K_1 $ и $ K_2 $ са отворени. В този случай двигателят ще се стартира според характеристиката 3 (фигура 2.19.б) при действието на началния момент $ M_<пуск>$. С дадено натоварване върху вала и въведения реостат $ R<пуск3>$ overclocking завършва на $ A $. За да ускорите двигателя, трябва да затворите контактите $ K_1 $, а съпротивлението на стартовия резистор ще намалее до $ R_<пуск2>$ и ускорението ще продължи от функция 2 до $ B $. Когато контактът затваря $ K_2 $, стартовият реостат ще бъде напълно изтеглено ($ R_<пуск>= 0 $), а крайното ускорение на двигателя ще продължи според естествената му механична характеристика 1 и ще завърши в точката $ C $.

Критическото приплъзване е равно на:

за естествената характеристика на $ S_<кр1>≈R_2 / X_2 $;

за изкуствените характеристики на $ S_<кр3>≈ (R_2 + R_<пуск3>) / X_2 $.

Началният въртящ момент за изкуствената характеристика може да се изчисли с помощта на формулата Kloss

При необходимия начален въртящ момент можете да изчислите $ S_<кр3>$ и съпротивлението при стартиране

2.11.4. Използване на двигатели с подобрени начални свойства

Желанието да се комбинират предимствата на асинхронните двигатели с ротор на катерица (висока надеждност) и фазов ротор (голям стартов въртящ момент) доведоха до създаването на тези двигатели. Те имат късо съединение с роторна намотка със специален дизайн. Има двигатели с роторна намотка под формата на двойна "катеричка" (фиг.2.20.а) и с дълбок канал (фиг.2.20.b).

На фиг. 2.20 показва конструкцията на роторните двигатели с подобрени начални свойства.

Двигателят с двойна "катеричка" на ротора установява две къси намотки. Навиването 1 действа като стартер, а ликвидацията 2 работи. За да се получи по-голям начален въртящ момент, стартовата намотка трябва да има по-висока устойчивост от работната намотка. Следователно, намотката 1 е направена от материал с по-високо съпротивление (месинг) от намотката 2 (мед). Напречното сечение на проводниците, образуващи началната намотка, е по-малко от това на работната намотка. Това увеличава съпротивлението на началната намотка.

Работната намотка, разположена по-навътре, е покрита с голям магнитен поток от началния. Следователно индуктивната съпротива на работната намотка е много по-голяма от началната. Поради това, в момента на пускане в курса, когато честотата на тока на ротора е с най-голяма стойност, токът в работната намотка, както следва от закона на Ом, ще бъде малък и главно началната намотка с висока устойчивост ще участва в създаването на началния момент. Тъй като двигателят ускорява, честотата на тока на ротора намалява и индуктивното съпротивление на роторните намотки намалява, което води до увеличаване на тока в работната намотка, поради което основната намотка ще бъде включена в създаването на въртящия момент. защото тя е с ниско съпротивление, естествените механични характеристики на двигателя ще бъдат трудни.

Подобна картина се наблюдава при двигател с дълбок канал (фиг.2.20.b). Дъното за навиване на дълбочината (1) може да бъде представено под формата на няколко проводника, разположени по протежение на височината на жлеба. Поради високата честота на тока в намотката на ротора в момента на пускане, "токът се измества на повърхността на проводника". Поради това само горният слой на проводниците на намотката на ротора участва в създаването на началния момент. Напречното сечение на горния слой е много по-малко от напречното сечение на целия проводник. Следователно, при стартиране, намотката на ротора има повишено съпротивление, двигателят развива увеличен начален въртящ момент. Тъй като двигателят ускорява, плътността на тока в напречното сечение на проводниците на роторната намотка се изравнява, съпротивлението на намотката на ротора намалява.

По принцип тези двигатели имат твърди механични характеристики, увеличен начален въртящ момент и по-малко съотношение на изходното напрежение, отколкото двигателите с ротор с конвенционален дизайн.

2.12. Регулиране честотата на въртене на асинхронните двигатели

По време на работа на много механизми, задвижвани от асинхронни двигатели, е необходимо да се регулира скоростта на въртене на тези механизми в съответствие с технологичните изисквания. Начините за управление на честотата (скоростта) на въртене на асинхронните двигатели разкриват връзката:

Следва, че за дадено натоварване на вала скоростта на ротора може да се регулира:

  1. промяна на приплъзването;
  2. промяна в броя на двойките полюси;
  3. промяна на честотата на захранването.

2.12.1. Променете шайбата

Този метод се използва в задвижването на тези механизми, където са монтирани асинхронни двигатели с фазов ротор. Например, в задвижването на подемни машини. Настройващ се реостат се въвежда във веригата фазови ротори. Увеличаването на активното съпротивление на ротора не влияе върху големината на критичния момент, но увеличава критичния приплъзване (Фигура 2.21).

На фиг. 2.21 показва механичните характеристики на асинхронен двигател с различни съпротивления на регулиращ реостат $ R <р3> gtR_ <р2> gt0,

Както е показано на фиг. 2.21 с този метод е възможно да се постигне голям обхват на контрол на скоростта надолу. Основните недостатъци на този метод са:

  1. Поради големите загуби на регулиращия реостат, ефективността се намалява, т.е. неефективно.
  2. Механичната характеристика на асинхронния двигател с увеличаване на активното съпротивление на ротора става по-мек, т.е. намалена стабилност на двигателя.
  3. Невъзможно е да се регулира плавно скоростта.

Поради горните недостатъци, този метод се използва за намаляване на скоростта на въртене за кратко време.

2.12.2. Променете броя на двойките полюси

Тези двигатели (много скорости) имат по-сложна статорна намотка, която позволява промяна на броя на полюсните двойки и късо съединение на ротора. Когато асинхронен двигател работи, е необходимо роторите и статорните намотки да имат същия брой двойки полюси. Само късо съединение ротор е в състояние автоматично да получи същия брой двойки полюси като полета на статора. Многодвигателните двигатели се използват широко в задвижването на машинните инструменти. Намерени са използването на двигатели с две, три и четири скорости.

На фиг. 2.22 показва схемата на свързване и магнитното поле на статора на двигателя в серия (Ь) и паралелно (а) свързване на полу-намотките.

При двустепенния мотор, намотката на всяка фаза се състои от две половин намотки. Включвайки ги последователно или успоредно, е възможно броят на двойките полюси да се промени с коефициент 2.

При четиристепенния мотор, на статора трябва да се поставят две независими намотки с различен брой двойки полюси. Всяка от намотките ви позволява да променяте броя двойки полюси два пъти. Например, за мотор, работещ от мрежа с честота $ f = 50 $ Hz, със следните скорости на въртене 3000/1500/1000/500 [rpm], като се използва една от намотките на статора, е възможно да се постигне скорост на въртене 3000 об / мин и 1500 об / мин / мин (с $ p = 1 $ и $ p = 2 $). С помощта на друга намотка е възможно да се постигне скорост на въртене 1000 оборота в минута и 500 оборота в минута (с $ p = 3 $ и $ p = 6 $).

Когато се превключва броят на двойките полюси, магнитният поток в междината също се променя, което води до промяна в критичния момент $ M_<кр>$ (фигура 2.23.b). Ако при промяна на броя на двойките полюси, приложеното напрежение се промени едновременно, критичният момент може да остане непроменен (фиг. 2.23.а). Следователно, с този метод на регулиране, могат да бъдат получени два типа семейство от механични характеристики (фиг. 2.23).

Предимствата на този метод на регулиране: запазване на твърдостта на механичните характеристики, висока KPD. Недостатъци: регулиране на скоростта, голям размер и висока цена на двигателя.

2.12.3. Променете честотата на захранването

Тъй като такива източници на енергия, честотните преобразуватели (FCs), извършвани на полупроводникови устройства с висока мощност - тиристори, вече започват да се използват. От уравнението на трансформатора EMF $ U_1 = 4,44w_1k_1fΦ $ следва, че за да се запази магнитния поток непроменен, т.е. за да се запази капацитета на претоварване на двигателя, е необходимо заедно с честотата да се промени ефективната стойност на приложеното напрежение. Когато съотношението $ U_1 / f_1 = U'_1 / f'_1 $ е изпълнено, критичният момент не се променя и се получава група от механични характеристики, показана на фиг. 2.24.

Фиг. 2.24. Механични характеристики с регулиране на честотата

Предимствата на този метод са: гладко регулиране, способност за увеличаване и намаляване на скоростта на въртене, запазване на твърдостта на механичните характеристики, ефективност. Основният недостатък е, че е необходим честотен преобразувател, т.е. допълнителни капиталови инвестиции.

2.13. Режими на спиране Асинхронни машини

Когато работят много производствени механизми, има нужда от бързо спиране (забавяне) на двигателя. За тази цел широко се използват механични спирачки, но самата асинхронна машина може да изпълнява функциите на спирачно устройство, работещо в един от спирачните режими. В този случай механичните спирачки се използват като резервни или аварийни, както и за поддържане на механизма в стационарно състояние.

Разграничават се следните спирачни режими на асинхронни машини:

  1. генераторно спиране;
  2. динамично спиране;
  3. спиране на опозицията.

2.13.1. Генераторно спиране

Машината влиза в режим генератор, ако $ n gt n_0 $, т.е. ако роторът се върти по-бързо от магнитното поле. Този режим може да възникне при регулиране на скоростта на въртене, като се увеличи броят на двойките полюси или се намали честотата на източника на захранване, както и в машините за повдигане и преместване при спускане на товара, когато роторът започне да се върти по-бързо от магнитното поле под влияние на тежестта на товара.

В режим на генератор се променя посоката на електромагнитния момент, т.е. става инхибиторно, под действието на което се наблюдава бързо намаляване на скоростта на въртене. В същото време фазата на тока в статорната намотка се променя, което води до промяна в посоката на пренос на електрическа енергия. В режим генератор, енергията се връща в мрежата.

На фиг. 2.25 представя механичните характеристики на генераторното спиране чрез намаляване на натоварването (а) и намаляване на честотата на източника на захранване (b).

Оставете двигателя с дадено натоварване върху вала да работи в точката $ A $ (фиг.2.25.а). Ако роторът започне да се върти по-бързо от магнитното поле при действието на намаленото натоварване и работната точка удари $ B $, а след това $ n_to gt n_0 $, машината ще развие спирачен момент и скоростта на въртене ще намалее до по-малко от $ n_0 $. Едно от предимствата на генераторното спиране в асинхронните машини е, че преходът към режима на генератора се осъществява автоматично, когато роторът започне да се върти по-бързо от магнитното поле. Това предпазва асинхронните двигатели от авария, която може да възникне при постояннотокови двигатели. Асинхронните двигатели не могат да влязат в превръзката. Максималната честота на въртене на ротора е ограничена от честотата на въртене на магнитното поле.

Нека двигателят работи с дадено натоварване върху вала в точката $ A $ на характеристиката 1 (фиг.2.25.b). Чрез намаляване на честотата на захранването, работната точка трябва да отиде до точката $ C $ на характеристика 2. Но ако $ n_A $ е по-голяма от новата намалена честота на въртене на магнитното поле $ n_$, машината от точка $ A $ отива до точка $ B $, работи на сегмента $ B - n_$ в режим генератор. Поради това се наблюдава бързо намаляване на скоростта на въртене. На сегмента $ n_- машината работи в режим на двигателя, но има по-нататъшно намаляване на скоростта на ротора, докато въртящият момент е равен на въртящия момент на товара (t $ C $). Ново състояние на равновесие с дадено натоварване се получава в точката $ C $. Генераторното спиране е най-икономичният режим, защото механичната енергия се преобразува в електрическа енергия и енергията се връща в мрежата. Едно от предимствата на този спирачен режим е спонтанният му вид, т.е. не се изисква оборудване за мониторинг.

2.13.2. Динамично спиране

Този спирачен режим се използва за прецизно спиране на мощни двигатели. По време на спирането, статорната намотка е изключена от променливотоковото напрежение и е свързана към източник с постоянно напрежение. В този случай статорната намотка ще създаде постоянно неподвижно магнитно поле. Когато роторът се върти спрямо това магнитно поле, посоката на ЕМФ и тока на ротора се променя, което ще доведе до промяна в посоката на електромагнитния момент, т.е. той ще бъде потиснат. Под влияние на този момент възниква инхибиране. Чрез промяна на напрежението, приложено към намотката на статора, можете да регулирате времето на забавяне. Основното предимство на този спирачен режим е точното спиране. Постоянното напрежение може да се подава към намотката на статора само за времетраенето на спирането. След спиране на двигателя трябва да бъде изключен от DC мрежата.

На фиг. 2.26 показва включването на индукционен двигател и механични характеристики при динамично спиране.

Нека двигателят работи с товар от $ A $. При прилагане на постоянен ток към намотката на статора, работната точка ще се движи от точка $ A $ до точка $ B $ на спирачната характеристика 2.

При действието на спирачния електромагнитен момент честотата на въртене ще бъде намалена до пълно спиране (точка 0).

Основните недостатъци на динамичното спиране: нуждаят се от източник на постоянен ток и неикономични.

2.13.3. Спиране от опозиция

Този режим на спиране възниква при обръщане на двигателя и често се използва за бързо спиране на двигателя.

На фиг. 2.27 представя механичните характеристики на индукционния двигател при спиране на противоположното за директно (1) и обратно (2) реда на фазовото въртене.

Нека моторът с товара на вала работи в точката $ A $. За да се забави двигателят, е необходимо да се промени последователността на фазите, т.е. превключете две фази. В същото време, работната точка отива до точката $ B $ (Фигура 2.27). На раздел $ B - C $ машината работи в режим на електромагнитна спирачка, като развива спирачен момент, при който се получава бързо намаляване на скоростта до нула. В точката $ C $ двигателят трябва да бъде изключен от мрежата, в противен случай той ще се върне обратно.

Предимството на този спирачен режим е бързото спиране, защото спирачният момент действа по цялата спирачна дистанция. Недостатъци: големи течения и загуби на намотките по време на спиране, е необходимо оборудване, което контролира скоростта на въртене и изключва мотора от мрежата, когато спре. Ако при задвижването на даден механизъм двигателят често работи в обратен режим, е необходимо да се надцени неговата мощност поради големите загуби на мощност.

2.14. Коефициент на мощността на асинхронен двигател и зависимостта му от натоварването на вала

Факторът на мощността се определя от съотношението

S_1 $ - активна, реактивна и пълна мощност на двигателя.

където: $ P_2 $ - мощност на вала (нетна мощност;
$ ΔP $ - загуба на мощност.

където: $ ΔP_<эл>$ - електрически загуби (загуби при нагряване на намотките);
$ ΔP_<ст>$ - загуба на стомана (загуби от топлинна енергия);
$ ΔP_<мех>$ - механични загуби.

Електрически загуби $ ΔP_<эл>$ зависи от токовете в намотките и се увеличава с увеличаване на натоварването на вала. Загубите в стоманата не зависят от натоварването на вала, но зависят от напрежението, приложено към намотката на статора.

Механичните загуби са трайни загуби.

В номиналния режим, $ cos φ_н = 0.75 ÷ 0.95,

Намален $ cos φ_<хх>$ се обяснява с факта, че активната мощност е ниска ($ P_<1хх>= ΔP_<эл>+ΔP_<ст>+ΔP_<мех>$), а реактивната мощност $ Q_1 $ остава същата като в номиналния режим.

На фиг. 2.28 показва зависимостта на коефициента на мощността на индукционния двигател от натоварването на вала.

При голямо натоварване на асинхронен двигател той има нисък фактор на мощност, който е неикономичен.

За да увеличите $ cos φ $ при ниско натоварване, препоръчваме да намалите напрежението, подадено към двигателя. Това намалява реактивната мощност и факторът на мощността се увеличава.

Вие Харесвате Ток

Избор На Редактора