От чего зависит электромагнитный момент двигателя

Электромагнитный момент асинхронной машины

Электромагнитный момент возникает при наличии магнитного поля, создаваемого обмоткой статора, и тока в обмотке ротора. Можно показать, что электромагнитный момент определяется соотношением:

где: – конструктивный коэффициент;

–скорость вращения магнитного поля;

–сдвиг по фазе между ЭДС и током ротора;

–активная составляющая тока ротора.

Таким образом, величина электромагнитного момента зависит от результирующего магнитного поля и активной составляющей тока ротора.

-это равенство поддерживается автоматически за счет некоторого изменения скорости вращения двигателя

В режиме двигателя при изменении нагрузки на валу изменяется частота вращения ротора, что приводит к изменению скольжения, частоты тока ротора, индуктивного сопротивления ротора и . В результате изменяется вращающий момент.

По мере разгона ротора двигателя частота тока ротора падает, уменьшается индуктивное сопротивление ротора и уголуменьшается. Это приводит к увеличению вращающего момента и дальнейшему разгону двигателя.

Подставим в выражение для электромагнитного момента соотношения для ,и, полученные ранее:

, ,

Т.к.

Из полученного выражения для электромагнитного момента следует, что он сильно зависит от подведенного напряжения (). При снижении, например, напряжения на 10%, электромагнитный момент снизится на 19% . Это является одним из недостатков асинхронных двигателей, так как приводит на производстве к снижению производительности труда и увеличению брака.

Режимы работы трёхфазной асинхронной машины

Асинхронная машина может работать в режимах двигателя, генератора и электромагнитного тормоза.

Режим двигателя

Этот режим служит для преобразования потребляемой из сети электрической энергии в механическую. Пусть обмотка статора создаёт магнитное поле, вращающееся с частотой в указанном направлении. Это поле будет наводить согласно закону электромагнитной индукции в обмотке ротора ЭДС. Направление ЭДС определяется по правилу правой руки. В обмотке ротора появится ток, направление которого примем совпадающим с направлением ЭДС. В результате взаимодействия обмотки ротора с током и вращающегося магнитного поля возникает электромагнитная сила. Направление силы определяется по правилу левой руки. В данном режиме электромагнитная сила создаст вращающий момент, под действием которого ротор начнёт вращаться с частотой. Направление вращения ротора совпадает с направлением вращения магнитного поля. Чтобы изменить направление вращения ротора (реверсировать двигатель), нужно изменить направление вращения магнитного поля. Для реверса двигателя нужно изменить порядок чередования фаз подведённого напряжения, т.е. переключить две фазы.

Пусть под действием электромагнитного момента ротор начал вращаться с частотой вращения магнитного поля (=). При этом в обмотке ротора ЭДСбудет равна нулю. Ток в обмотке ротора, электромагнитный моменттоже станет равным нулю. За счёт этого ротор станет вращаться медленнее, в обмотке ротора появится ЭДС, ток. Возникнет электромагнитный момент. Таким образом, в режиме двигателя ротор будет вращаться несинхронно с магнитным полем. Частота вращения ротора будет изменяться при изменении нагрузки на валу. Отсюда появилось название двигателя – асинхронный (несинхронный). При увеличении нагрузки на валу двигатель должен развивать больший вращающий момент, а это происходит при снижении частоты вращения ротора. В отличие от частоты вращения ротора частота вращения магнитного поля не зависит от нагрузки.

При пуске в ход асинхронного двигателя ,. В режиме идеального холостого хода,. Таким образом, в режиме двигателя скольжение изменяется в пределах:

.

При работе асинхронных двигателей в номинальном режиме:

%.

В режиме реального холостого хода асинхронных двигателей:

%.

Электромагнитный момент синхронного двигателя с постоянными магнитами Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Коршунов Анатолий Иванович

Представлено выражение для электромагнитного момента синхронного двигателя с постоянными магнитами , полученное двумя способами. Показано полное совпадение результатов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Коршунов Анатолий Иванович

Условия статической устойчивости синхронного двигателя с постоянными магнитами

Математическое моделирование режимов работы многофазных синхронных двигателей с постоянными магнитами

Расчет индуктивностей синхронного двигателя с инкорпорированными постоянными магнитами

Разработка уточненной математической модели синхронного двигателя с постоянными магнитами для расчетов в реальном времени

Моделирование режимов работы тягового синхронного двигателя с постоянными магнитами
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

PERMANENT MAGNET SYNCHRONOUS MOTOR TORQUE

Two independent methods are used to derive a formula for permanent magnet synchronous motor torque . Full coincidence of obtained expressions is shown.

Текст научной работы на тему «Электромагнитный момент синхронного двигателя с постоянными магнитами»

1. Ефремов Л. В. Практика вероятностного анализа надежности техники с применением компьютерных технологий. СПб: Наука, 2008.

2. ОСТ 26-07-2040-81. Арматура трубопроводная. Испытания ускоренные ресурсные. Общие требования к построению методик ускоренных испытаний. Введ. с 01.01.83. М., 1982.

3. ГОСТ 23.301-78. Обеспечение износостойкости изделий. Приборы для измерения износа методом вырезанных лунок. Технические требования. Введ. с 01.01.80. М.: Изд-во стандартов, 1980.

4. Ефремов Л. В. Вероятностные проблемы ресурсных испытаний. СПб: Art-Xpress, 2014.

5. Ефремов Л. В., Тузов Л. В. Динамика судовых и стационарных двигателей: Учеб. пособие. Л: СЗПИ, 1982.

Сведения об авторе

Леонид Владимирович Ефремов — д-р техн. наук, профессор; Санкт-Петербургский политехнический

университет, кафедра машиноведения и основ конструирования; E-mail: levlefr@mail.ru

Рекомендована кафедрой Поступила в редакцию

машиноведения и основ конструирования 16.05.14 г.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ МОМЕНТ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ

Представлено выражение для электромагнитного момента синхронного двигателя с постоянными магнитами, полученное двумя способами. Показано полное совпадение результатов.

Ключевые слова: синхронный двигатель с постоянными магнитами, электромагнитный момент.

Введение. Широкое распространение синхронного двигателя с постоянными магнитами (СДПМ) на роторе как в регулируемых, так и в нерегулируемых электроприводах требует анализа не только стационарных, но и переходных режимов работы двигателя. Так, например, проблема устойчивости СДПМ возникает и в нерегулируемых электроприводах, не имеющих обратных связей [1]. Анализ устойчивости, в свою очередь, требует описания как электромагнитных, так и электромеханических переходных процессов. Для описания электромеханических переходных процессов необходимо выразить мгновенное значение электромагнитного момента СДПМ через мгновенные значения токов статора. В настоящей статье представлен вывод такого выражения.

Вывод выражения для мгновенного значения электромагнитного момента. При выводе формулы электромагнитного вращающего момента электрической машины переменного тока применяются два способа [2]: в соответствии с первым определяется действующий на статор момент, „возникающий в результате взаимодействия поля в воздушном зазоре и токов в обмотке статора», и учитывается, что „момент, действующий на ротор, всегда равен и противоположен по знаку моменту, действующему на статор»; согласно второму способу электромагнитный „вращающий момент может быть вычислен также и по запасенной в магнитном поле энергии».

В настоящей статье выражение для мгновенных значений электромагнитного вращающего момента СДПМ получено двумя указанными способами. При этом приняты обычные упрощающие допущения:

— отсутствуют насыщение, гистерезис и вихревые токи в магнитной цепи, а также не происходит вытеснение тока в проводниках обмотки;

— обмотки статора обладают полной симметрией;

— магнитная индукция, создаваемая магнитами ротора в воздушном зазоре, распределена по синусоидальному закону и не зависит от токов статора;

— индуктивности и взаимоиндуктивности обмоток статора не зависят от положения ротора.

Положим СДПМ двухполюсным с трехфазной обмоткой статора, соединенной звездой. В отличие от общепринятого допущения [1, 3, 4] о синусоидальном распределении намагничивающей силы обмоток статора в зазоре электрической машины, будем рассматривать реальное текущее распределение линейной нагрузки статора, поскольку электромагнитный момент создается взаимодействием реального тока обмотки статора с магнитным полем ротора. Будем учитывать только составляющую магнитной индукции в зазоре, создаваемую магнитами ротора, поскольку составляющая индукции, вызванная токами статора, не может создать вращающий момент, действующий на статор.

Первый способ. Распределение текущей плотности токов (угловой нагрузки) diA dis die

-,-,- на полюсном делении машины, измеренном в угловых радианах, показано на

рисунке. Очевидно, полагая распределение токов фазовых обмоток равномерным вдоль поверхности статора, получаем

= ±i w — = ±-i w , j=A, в, e,

где 1] — мгновенное значение тока в фазе у; Ж— число витков фазовой обмотки; а — угол, отсчитываемый от плоскости фазы А в направлении вращения поля при заданной последовательности фаз; знак „+» относится к фазе А, знак „-» — к фазам В и С.

На рисунке также показано синусоидальное распределение магнитной индукции В(а), создаваемой в воздушном зазоре магнитами ротора. Положение максимума индукции определяется углом 9, отсчитываемым от плоскости обмотки фазы А до оси того полюса ротора, на который при 9 =0 действует электромагнитный момент в направлении вращения поля статора при токе /а>0.

Электромагнитный момент, создаваемый элементарным током статора di = —da,

взаимодействующим с полем ротора, определяется выражением [5]

где Я — расстояние от оси машины до проводников статора, I — длина активной части ротора. Интегрируя выражение (2) в пределах полюсного деления, получаем

-iB | cos(a-9)da + iA J cos(a-9)da-ic J cos(a-9)da

-iB cos I 0 + «jj + iA cos 0- ic cos

I О 2л^ . . . f. 2л lB cos | 0—— 1 + iA cos 0+ic cos I 0 4—3—

Полученное выражение для мгновенных значений Мэм справедливо как в переходных, так и в стационарных режимах, поскольку учитывает мгновенные значения фазных токов.

Заметим для полноты картины, что выражение для Мэм можно получить, используя

разложение функции -Г— (—) в ряд Фурье:

где у — начальная фаза к-й гармоники.

Подставив этот ряд в формулу (3) и выполнив интегрирование, получим

Мэм = 2 J dMэм = 2RlBm J l(ddaI cos(ka + Vk)cos(a-0)da = 2RlBm (dI cos(vi +0).

_л/2 -л/2 к =Лd ‘km vda/1m

Таким образом, в создании вращающего момента СДПМучаствует только первая гармоника графика распределения токов фазовых обмоток (см. рисунок).

Очевидно, что для анализа динамических процессов в СДПМ полученное для Мэм выражение (3) значительно проще, чем последнее.

В стационарном режиме подстановка уравнений

iA = Im cos(rat + у), iB = Im cos+ y-2-J, ic = Im cosfrat + y +

в формулу (3) при синхронном вращении ротора, которое описывается выражением

позволяет определить постоянный электромагнитный момент

Мэм = 2 clm cos(® t + V — 0) = СМIm cos(V — 0О) ,

cm = 2c = 9BmWRl. 2 п

При 1=0 и у=0 поле статора, как известно, направлено по оси обмотки фазы А, т.е. перпендикулярно плоскости обмотки. При 1=0 и у>0 поле статора повернуто на угол у относительно оси обмотки фазы А в направлении вращения поля. Если угол поворота ротора 9 отсчитывать не от плоскости, а от оси обмотки фазы А до оси указанного выше полюса ротора, то, подставляя 0=ю1 + 00 + п /2 в формулу (6), получаем

Мэм = сМ1т — 00). (8)

Таким образом, электромагнитный момент СДПМ в стационарном режиме пропорционален синусу угла между осями поля ротора и поля статора.

По формуле (8) можно определить мгновенное значение Мэм и в переходном режиме, если мгновенные значения фазных токов, удовлетворяющих первому закону Кирхгофа

представить в виде трехфазной симметричной системы (4), определив 1т и у.

Заметим, что полученное в работе [2] аналогичное выражение для электромагнитного момента Мэм отличается от выведенных для стационарного режима формул (6) и (8) значением Вт, включающим составляющую индукции, создаваемую в зазоре токами статора, и углами, отсчитываемыми от/до вектора Вт (см. [2, рис. 2—10, углы ф и 5]). Последнее менее удобно, поскольку значение Вт определяется не только положением ротора, но и токами статора.

Второй способ вывода формулы электромагнитного вращающего момента СДПМ основывается на балансе мощностей: электромагнитной мощности, потребляемой из сети, механической мощности, потребляемой от источника механической энергии, и мощности, затрачиваемой на изменение внутренней электромагнитной и механической энергии машины. Заметим, что указанные мощности могут быть как положительными, так и отрицательными.

Суммарная мощность, потребляемая от источника внешней механической силы и из электрической сети, определяется выражением

где Рм = Мв —, Мв — момент внешних сил на валу СДПМ; — — частота вращения ротора; а1 а1

Рэм = 1Л а Л + У9Л ) +13 Ш (Уз + У93 ) + 1С Ш (УС + У9С ) =

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

lA~7 Va + гв-7 Vb + ‘с «Г Vc dt dt dt

lA~7 VeA + гв-7 Vqb + ‘c-z Vec dt dt dt

здесь ij, vj, j = A, B, C , — соответственно ток в j-й фазе и потокосцепление обмотки j-й фазы, созданное токами фаз обмотки статора; Vey, j = A, B, C, — потокосцепление обмотки j-й

фазы, созданное магнитным полем постоянных магнитов ротора, зависящее от угла e поворота ротора.

Учитывая, что yeA = Ym cos e, yeB = Ym cos(e — 2 л / 3), yec = Ym cos(e + 2л / 3) , где Ym — амплитуда потокосцепления, получаем второе слагаемое в формуле Рэм в следующем виде:

‘a d vea +ibd vqb +icd vec = -ym dt dt dt

ia sin e+iB sin | e- fl+ic sin I e+■23-

Мощность, затрачиваемая на изменение кинетической энергии вращения Жк и электромагнитной энергии Жэм электрической машины, определяется выражением

Электромагнитный момент асинхронного двигателя переменного тока

Момент, развиваемый двигателем равен электромагнитной мощности, деленной на синхронную скорость вращения электропривода .

Электромагнитная мощность – это мощность, передаваемая через воздушный зазор от статора к ротору, и она равна потерям в роторе, которые определяются по формуле:

Электромеханической характеристикой асинхронного двигателя является зависимость I₂’ от скольжения. Но так как асинхронная машина работает только в качестве электродвигателя, основной характеристикой является механическая характеристика.

Упрощенное выражение механической характеристики:

Подставив в это выражение значение тока, получим:

Будем считать, что m=3.

Вместо ω₀ нужно подставить механическую скорость, в результате чего число пар полюсов сокращается.

Уравнение механической характеристики асинхронного двигателя:

При переходе асинхронного двигателя в генераторный режим, скорость вращения ω > ω₀ и скольжение становится отрицательным (s Когда скольжение изменяется от 0 до +∞, режим называется «режимом электромагнитного тормоза».

Задаваясь значениями скольжения от о до +∞, получим характеристику:

Кривые электромагнитного момента и токов асинхронной машины (полная механическая характеристика асинхронного двигателя).

Как видно из механической характеристики, она имеет два экстремума: один на отрезке изменения скольжения на участке от 0 до +∞, другой на отрезке от 0 до -∞.

+ относится к двигательному режиму.
– относится к генераторному режиму.

M_кр – критический момент.

Скольжение, при котором момент достигает максимума, называется критическим скольжением, и оно определяется по формуле:

Критическое скольжение имеет одинаковое значение и в двигательном и в генераторном режимах.

Величину M_кр можно получить, подставив в формулу момента значение критического скольжения.

Момент при скольжении равном 1 называется пусковым моментом. Выражение для пускового момента можно получить, подставив 1 в формулу:

Поскольку знаменатель в формуле момента максимального на несколько порядков больше U_ф, принято считать M_кр≡U_ф 2 .

Критическое скольжение зависит от величины активного сопротивления обмотки ротора R₂’. Момент пусковой, как видно из формулы, зависит от активного сопротивления ротора r₂’. это свойство пускового момента используется в асинхронных двигателях с фазным ротором, у которых пусковой момент увеличивают путем введения активного сопротивления в цепь ротора.

Похожие записи:

1. Схемы замещения асинхронного двигателя переменного тока
2. Рабочие и тормозные характеристики асинхронного двигателя. Способы торможения.
3. Регулировочные характеристики асинхронного двигателя при регулировании скорости изменением числа пар полюсов и изменением напряжения на зажимах статора
4. Регулировочные характеристики асинхронного двигателя при регулировании скорости введением дополнительных сопротивлений в цепь ротора и изменением частоты питающего напряжения

Похожие записи:

1. Схемы замещения асинхронного двигателя переменного тока
2. Рабочие и тормозные характеристики асинхронного двигателя. Способы торможения.
3. Регулировочные характеристики асинхронного двигателя при регулировании скорости изменением числа пар полюсов и изменением напряжения на зажимах статора
4. Регулировочные характеристики асинхронного двигателя при регулировании скорости введением дополнительных сопротивлений в цепь ротора и изменением частоты питающего напряжения

Электромагнитный момент и механические характеристики асинхронного двигателя

Механическая характеристика, значение и аналих электромагнитного момента асинхронного двигателя.

Просмотр содержимого документа
«Электромагнитный момент и механические характеристики асинхронного двигателя»

Областное государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Томский политехнический техникум» (ОГБПОУ «ТПТ») Электромагнитный момент и механические характеристики асинхронного двигателя

• Асинхронные машины получили наиболее широкое применение в современных электрических установках и являются самым распространенным видом бесколлекторных электрических машин переменного тока. Как и любая электрическая машина, асинхронная машина обратима и может работать как в генераторном, так и двигательном режимах. Однако преобладающее применение имеют асинхронные двигатели, составляющие основу современного электропривода.

Электромагнитная схема асинхронного электродвигателя

Асинхронные электродвигатели предназначены для преобразования электрической энергии переменного тока в механическую энергию.

Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя

Понятие электромагнитной мощности АД

Из энергетической диаграммы следует, что электромагнитная мощность асинхронного двигателя:

Р эм =Р 1 -(Р м1 +Р э1 )

Электрические потери в роторе прямо пропорциональны скольжению:

Р э2 = s Р эм

Электрические потери в обмотке ротора:

Р э2 = m 2 I 2 2 r 2 = m 1 I ‘2 2 r ′ 2 .

Принцип образования электромагнитного момента асинхронного двигателя

Электромагнитный момент асинхронного двигателя создается взаимодействием тока в обмотке ротора с вращающимся магнитным полем статора.

Электромагнитный момент М пропорционален электромагнитной мощности, Н ∙м :

М = Р эм / ω 1 (7)

где ω 1 = 2 π n 1 /60 = 2 π f 1 / р — угловая синхронная скорость вращения, рад/с

Подставив в значение электромагнитной мощности из формулы Р Э2 = s Р ЭМ , получим:

М = Р Э2 / (ω 1 s) = m 1 I ′ 2 2 r′ 2 /(ω 1 s) (8 )

т. е. электромагнитный момент асинхронного двигателя пропорционален мощности электрических потерь в обмотке ротора.

Значение тока ротора : I ′ 2 = U 1 /

Значение электромагнитного момента асинхронного двигателя

Если значение тока ротора по подставить в (8), то получим формулу электромагнитного момента асинхронной машины, (Н ∙ м):

Параметры схемы замещения асинхронной машины r 1 , r’ 2 , х 1 и х’ 2 являются постоянными, так как их значения при изменениях нагрузки машины остается практически неизменными. Также постоянными можно считать напряжение на обмотке фазы статора U 1 и частоту f 1 . В выражении момента M единственная переменная величина — скольжение s, которое для различных режимов работы асинхронной машины может принимать разные значения в диапазоне от + ∞ до — ∞ .

Механическая характеристика асинхронной машины

Зависимость момента от скольжения M = f ( s ) при U 1 = const , f 1 = const и постоянных параметрах схемы замещения называется механической характеристикой асинхронной машины.

Анализ выражения (9), представляющего собой аналитическое выражение механической характеристики M = f ( s ), показывает, что при значениях скольжения s = 0 и s = ∞ электромагнитный момент М = 0. Из этого следует, что механическая характеристика M = f ( s ) имеет максимум.

Механическая характеристика асинхронной машины

Анализ механической характеристики асинхронной машины

• Для определения величины критического скольжения s кр , соответствующего максимальному моменту, необходимо взять первую производную от (9) и приравнять ее нулю: dM / ds = 0.
• В результате:

s кр = ± r / 2 / (10)

• Подставив значение критического скольжения по формуле (10) в выражение электромагнитного момента (9), после ряда преобразований получим выражение максимального момента, (Н ∙ м):

M max = ± (11)

В выражениях (10) и (11) знак плюс соответствует двигательному, а знак минус — генераторному режиму работы асинхронной машины.

Упрощенные формулы для критического скольжения и максимального момента

• Для асинхронных машин общего назначения активное сопро­тивление обмотки статора r 1 намного меньше суммы индуктивных сопротивлений: r 1

sкр≈± r/2/(x1+x/2) (1 2 ) Mmax=± (13) Упрощенная формула электромагнитного момента или формула Клосса Применение формулы изученной формулы момента для расчета механических ха­рактеристик асинхронных двигателей не всегда возможно, так как параметры схемы замещения двигателей обычно не приводятся в каталогах и справочниках, поэтому для практических расчетов обычно пользуются упрощенной формулой момента. В основу этой формулы положено допущение, что активное сопротивление обмотки статора асинхронного двигателя r 1 = 0, при этом: M=Mmax (14) Критическое скольжение определяют по формуле: sкр=sном(λ+ ) (15) Формула Клосса

• Расчет механической характеристики намного упрощается, если его вести в относительных единицах M = M / M max . В этом случае уравнение механической характеристики имеет вид:

M = (16)

• Применение упрощенной формулы для расчета электромагнитного расчета наиболее целесообразно при расчете рабочего участка механической характеристики и при скольжениях s s кр ошибка может достигать 15—17%.

Анализ механической характеристики асинхронной машины

Из формулы (9) следует, что электромагнитный момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату напряжения сети:

M ≡ U 1 2 .

Это в значительной степени отражается на эксплуатационных свойствах двигателя: даже небольшое снижение напряжения сети вызывает заметное уменьшение вращающего момента асинхронного двигателя .

Например, при уменьшении напряжения на 10% относительно номинального ( U 1 = 0,9 U ном) электромагнитный момент двигателя уменьшается на 19% : M / =0,9 2 M ,

где М— момент при номинальном напряжении сети, М / — момент при пониженном напряжении.

Пусковой момент асинхронного двигателя

Подставив в выражение электромагнитного момента (9) скольжение s = 1, получим выражение пускового момента асинхронного двигателя, Н ∙м:

где U 1 — фазное значение напряжения, В;

р- число пар полюсов обмотки статора;

f- частота тока в обмотке статора ,Гц

Механическая характеристика асинхронного двигателя

Анализ механической характеристики асинхронного двигателя

• Под действием пускового момента начинается вращение ротора двигателя, при этом скольжение уменьшается, а вращающий момент возрастает в соответствии с характеристикой М = f ( s ).
• При критическом скольжении s кр момент достигает максимального значения М m ах .
• С дальнейшим нарастанием частоты вращения (уменьшением скольжения) момент М начинает убывать, пока не достигнет установившегося значения, равного сумме противодействующих моментов, приложенных к ротору двигателя: момента х.х. M 0 и полезного нагрузочного момента (момента на валу двигателя) М 2 , :

М = М 0 + M 2 = M ст (12)

Статический момент М ст равен сумме противодействующих моментов при равномерном вращении ротора ( n 2 = const ). Если противодействующий момент на валу двигателя М 2 соответствует номинальной нагрузке двигателя, то установившийся режим работы двигателя определится точкой на механической характеристике с координатами М = М ном и s = s ном , где М ном и s ном — номинальные значения электромагнитного момента и скольжения.

Условие устойчивой работы асинхронного двигателя

• Из анализа механической характеристики также следует, что устойчивая работа асинхронного двигателя возможна при скольжениях меньше критического ( s
• Работа асинхронного двигателя становится неустойчивой при скольжениях s ≥ s кр. Так, если электромагнитный момент двигателя М = М m ах, а скольжение s = s к p , то даже незначительное увеличение нагрузочного момента М 2 , вызвав увеличение скольжения s , приведет к уменьшению электромагнитного момента М. За этим следует дальнейшее увеличение скольжения и т. д., пока скольжение не достигнет значения s = 1, т. е. пока ротор двигателя не остановится.
• Таким образом, при достижении электромагнитным моментом максимального значения наступает предел устойчивой работы асинхронного двигателя. Следовательно, для устойчивой работы двигателя необходимо, чтобы сумма нагрузочных моментов действующих на ротор, была меньше максимального момента:

Мст = (М 0 + М 2 )

• Для надежной работы асинхронного двигателя и чтобы случайные кратковременные нагрузки не вызывали остановок двигателя, необходимо, чтобы он обладал перегрузочной способностью.

Перегрузочная способность АД

Перегрузочная способность двигателя λ определяется отношением максимального момента М max к номинальному Мном. Для асинхронных двигателей общего назначения перегрузочная способность составляет

λ = Mmax / M ном = 1,7 ÷ 2,5.

• Следует также обратить внимание на то, что работа двигателя при скольжении s

Механические характеристики асинхронного двигателя при изменениях напряжения сети Механические характеристики асинхронного двигателя при изменениях активного сопротивления обмотки ротора Механические характеристики асинхронного двигателя при изменениях активного сопротивления обмотки ротора

• Значение максимального момента двигателя не зависит от активного сопротивления ротора r / 2 , а критическое скольжение s кр , то, как это видно из (10) пропорционально сопротивлению r 2 ‘.
• Если в асинхронном двигателе постепенно увеличивать активное сопротивление цепи ротора, то значение максимального момента будет оставаться неизменным, а критическое скольжение будет увеличиваться. При этом пусковой момент двигателя Мп возрастает с увеличением сопротивления r 2 ‘ до некоторого значении. На рисунке это соответствует сопротивлению г 2 III , при котором пусковой момент равен максимальному. При дальнейшем увеличении сопротивления r 2 ‘ пусковой момент уменьшается.
• Анализ графиков М = f ( s ) приведенных на рисунке, также показывает, что изменения сопротивления ротора r 2 ‘ сопровождаются изменениями частоты вращения: с увеличением r 2 ‘ при неизменном нагрузочном моменте Мст скольжение увеличивается, т.е. частота вращения уменьшается (точки 1, 2, 3 и 4).

Электромагнитные моменты от высших пространственных гармоник магнитного поля асинхронного двигателя

• МДС трехфазной обмотки статора помимо основной гармоники содержит ряд высших пространственных гармоник. Каждая из этих гармоник создает в машине вращающееся магнитное поле, частота вращения которого в ν раз меньше частоты вращения поля основной гармоники. При этом высшие пространственные гармоники МДС порядка ν = 6х + 1 создают прямовращающиеся (прямые) поля, а гармоники порядка ν = 6х — I — обратновращающиеся (обратные) поля.

Асинхронные паразитные моменты

• Магнитные поля от высших пространственных гармоник, сцепляясь с обмоткой ротора, наводят в ней ЭДС и создают в двигателе собственные электромагнитные асинхронные моменты.
• Эти моменты ухудшают свойства двигателя, поэтому их принято называть паразитными. При рассмотрении выражения электромагнитного момента и механической характеристики асинхронного двигателя имелось в виду действие лишь магнитного поля основной гармоники. Если же учесть влияние высших пространственных гармоник поля, то кривая электромагнитного момента (см. рис.) окажется искаженной.

Механическая характеристика асинхронного двигателя типа АИРМ160М4У3 М*= f ( s ), где M * = M / M max

M * = 1,0; M *ном=0,44; М*п=0,46; М* min = 0 , 34

Асинхронные паразитные моменты и способы ослабления их влияниия

• Заметное влияние на форму кривой электромагнитного момента оказывают асинхронные паразитные моменты от гармоник поля зубцового порядка (обусловленных наличием зубцов на статоре и роторе):

vZ1 = (Z1/p) ± 1 ; vZ2 = (Z2/p) ± 1 .

• Эффективное средство ослабления влияния высших гармоник на свойства двигателей — скос пазов ротора в пределах зубцового деления. В этом случае ЭДС в стержнях ротора от зубцовых гармоник поля статора снижаются почти до нуля.
• Действие высших гармоник поля ослабляют также правильным выбором числа пазов статора Z 1 и ротора Z 2 . Рекомендуется соотношение Z 2 ≤ l ,25 ( Z 1 ± p ) .

• Между вращающимися магнитными полями высших пространственных гармоник статора и ротора, имеющими одинаковый порядок, возникают силы магнитного взаимодействия. Результатом этого взаимодействия является возникновение синхронного момента М c ν . В общем случае поля статора и ротора от высших пространственных гармоник вращаются с разными частотами ( n ν 1 ≠ n ν 2 ), а поэтому направление синхронного момента Mc ν меняется в зависимости от взаимного расположения магнитных полюсов взаимодействующих полей. Обычно частота изменения знака момента Mc ν велика, и из-за большой инерции ротора этот момент не оказывает заметного влияния на вращение ротора. Но при некоторой частоте вращения ротора поля высших гармоник статора и ротора начинают вращаться с одинаковой час­тотой вращения ( n ν 1 = n ν 2 ). В этом случае направление синхронного момента Mc ν становится стабильным. В зависимости от взаимного расположения магнитных полюсов магнитных полей момент Mc ν может быть положительным или отрицательным.

Синхронные моменты и способы их уменьшения

• Синхронные моменты в асинхронном двигателе нежелательны, т. е. являются паразитными, так как они могут вызвать провалы в механической характеристике двигателя. Наибольшего значения синхронные моменты достигают при наличии зубцовых гармоник поля статора и ротора одинакового порядка, т. е. при ν z 1 = ν z 2 . Синхронные моменты наиболее опасны при следующих соотношениях пазов статора и ротора ( Z 1 и Z 2 ):

Z 1 = Z 2 ; Z 1 — Z 2 = ±2p.

Особенно нежелательно равенство числа пазов на статоре и роторе ( Z 1 = Z 2 ), так как это может привести к «прилипанию» ротора к статору: зубцы ротора силами магнитного тяжения удерживаются под зубцами статора. Уменьшению синхронных моментов способствует скос пазов на роторе.

Спасибо за внимание !