Механическая характеристика

Рис. 11.11

Механической характеристикой двигателя называется зависимость частоты вращения ротора от момента на валу . Так как при на­грузке момент холостого хода мал, то и механическая характеристика представляется зави­симостью . Если учесть взаимосвязь , то механическую характеристику можно получить из (11.43) или (11.46), представив ее гра­фическую зависимость в координатах и (рис. 11.11).

Пример 11.1. Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором питается от сети с напряжением = 380 В при = 50 Гц. Параметры двигателя: = 14 кВт, = 960 об/мин, = 0,85, = 0,88, кратность максимального момента = 1,8.

Определить: номинальный ток в фазе обмотки статора, число пар полю­сов, номинальное скольжение, номинальный момент на валу, критический мо­мент, критическое скольжение и построить механическую характеристику.

Решение. Номинальная мощность, потребляемая из сети

кВт.

Номинальный ток, потребляемый из сети

А.

Число пар полюсов

,

где = 1000 – синхронная частота вращения, ближайшая к номинальной час­тоте = 960 об/мин.

Номинальное скольжение

.

Номинальный момент на валу двигателя

Н·м.

Критический момент

Н·м.

Критическое скольжение находим по (11.46), подставив , и

.

Для построения механической характеристики с помощью опреде­лим характерные точки: точка холостого хода = 0, = 1000 об/мин, = 0, точка номинального режима = 0,04, = 960 об/мин, = 139,3 Н·м и точка критического режима = 0,132, = 868 об/мин, =250,7 Н·м.

Для точки пускового режима = 1, = 0 из (11.46) находим

Н·м.

По полученным данным строят механическую характеристику. Для более точного построения следует увеличить число расчетных точек и для заданных скольжений по (11.46) определить моменты, а по (11.4) – частоту вращения.

11.13. Пуск и регулирование скорости асинхронного двигателя

Способы пуска

При пуске ротор разгоняется от частоты вращения = 0 до некоторой час­тоты . Пуск возможен только тогда, когда вращающий момент двигателя больше момента сопротивления. Ниже рассмотрены основные способы пуска.

Прямой пуск осуществляется включением обмотки статора на напряже­ние сети. В первый момент скольжения = 1, пусковой ток максимален

. (11.47)

Кратность пускового тока .

Пусковой момент по (11.43)

. (11.48)

Анализ (11.48) показывает, что при прямом пуске возникают большой бро­сок тока и относительно небольшой пусковой момент. Это оказывает отри­цательное влияние на возможность пуска самого электродвигателя и на ус­тойчивость работы других электродвигателей из-за снижения напряжения.

Пуск переключением обмотки статора применяется для двигателей, рабо­тающих при соединении обмоток статора в треугольник. При пуске об­мотка статора с помощью переключателя соединяется в звезду. В результате линейный пусковой ток уменьшается примерно в три раза, пусковой момент также уменьшается в три раза. Если пусковой момент достаточен для разгона электропривода, то такой пуск допустим. После пуска обмотку статора пере­ключают на схему треугольника, и двигатель работает в нормальном режиме.

При автотрансформаторном пуске обмотка статора включается на пони­женное напряжение с помощью автотрансформатора. Двигатель разгоняется при пусковом токе и моменте в раз меньше по сравнению с прямым пуском, где – коэффициент трансформации понижающего автотрансформатора. В конце разгона двигатель переключается на напряжение сети.

Пуск двигателя с фазным ротором осуществляется путем включения пуско­вого реостата в цепь ротора чере5з контактные кольца и щетки. Сопро­тивление пускового резистора в фазе выбирают таким, чтобы пусковой мо­мент был максимальным. Так как = 1 и , то с помощью (11.45) находим

,

откуда

.

Пуск двигателя поясняется схемой на рис. 11.11. В момент пуска двига­тель развивает максимальный момент и разгон происходит на участке механической ха­рактеристики 1.

Рис. 11.12

В момент, соответствующий точке , выключается первая ступень рези­стора и момент скачком увеличивается до точки механической характеристики 2; при разгоне до точки выключается вторая сту­пень резистора и рабочая точка скачком пере­ходит в точку естественной механической характеристики 3. Установившийся режим на­ступает в точке соответствующей равен­ству моментов двигателя и нагрузки. Резистор закорачивается и щетки отводятся от колец.

Такой способ пуска применяют, как правило, для двигателей большой мощ­ности при ограниченном пусковом токе и высоких требованиях к приводу. Недостатками способа являются значительные потери электрической энергии в пусковом резисторе и сложность устройства ротора.

Пример 11.2. Асинхронный двигатель с фазным ротором имеет номиналь­ные параметры: = 30 кВт, = 1500 об/мин, = 0,03 Ом и = 0,144 Ом. Опреде­лить сопротивление добавочного резистора , который должен быть включен в фазу ро­тора для обеспечения пускового момента, равного критическому.

Решение. Согласно (11.45) в режиме пуска

,

откуда

Ом.