Асинхронные машины. Глава шестнадцатая

1. ГЛАВА ШЕСТНАДЦАТАЯ АСИНХРОННЫЕ МАШИНЫ

16.1 Асинхронная машина при
неподвижном роторе

2.

Рассмотрим многофазную АМ с
заторможенным ротором. Для
определенности будем иметь в виду АМ
с трехфазными обмотками на статоре и
роторе (рис.16.1). Предположим, что
первичная обмотка включается в
трехфазную сеть с фазным напряжением
U1, а к фазам вторичной обмотки
подключена нагрузка ZНГ.

3.

4.

Насыщение АМ определяется
суммарный магнитный поток,
создаваемой обмотками статора и
ротора. Как и у трансформатора,
результирующий поток индуктирует в
первичной и вторичной обмотках ЭДС
Е1, Е2. Напряжение на сопротивлении
нагрузки U2 равно Е2 минус падение
напряжения во вторичной обмотке.

5.

Приведение обмотки ротора к обмотке
статора. В тех же целях, как и для
трансформатора, приведем вторичную
обмотку АМ к первичной. Для этого можно
представить себе, что реальная вторичная
обмотка заменяется приведенной, которая
устроена так же, как и первичная обмотка, и
имеет с нею одинаковые числа фаз и витков в
фазе, а также одинаковый обмоточный
коэффициент основной гармоники.

6.

Приведенные величины
обозначаются штрихами. Приведенные
напряжения и токи вторичных обмоток
должны быть рассчитаны таким
образом, чтобы энергетические и
основные электромагнитные
соотношения в машине не нарушались.

7.

Введем понятия коэффициент
трансформации или коэффициент
приведения ЭДС и коэффициент
трансформации тока
E 2 E1
kU
E2 E2
I2
ki
I 2

8.

В отличие от трансформатора для АМ в
выражения для kU и ki входят также обмоточные
коэффициенты.
Таким образом, при неподвижном роторе АМ
можно рассматривать как трансформатор, в котором
электрическая энергия первичной цепи за вычетом
потерь превращается в электрическую же энергию
вторичной цепи. Во вращающейся же АМ в
двигательном режиме работы электрическая энергия,
потребляемая первичной обмоткой из питающей сети
за вычетом потерь в машине превращается в
механическую энергию на валу машины.

9.

В генераторном режиме, наоборот, механическая
энергия, подводимая к валу, превращается в
электрическую энергию в первичной обмотке и
передается в сеть. Кроме того, режим работы АМ при
вращающемся роторе более сложен в том отношении,
что в этом случае частоты токов первичной и
вторичной цепей не равны. По этой причине
невозможно изобразить первичные и вторичные
электрические величины на общей временной
векторной диаграмме.

10.

Для изображения первичных и вторичных
электрических параметров на общей
векторной диаграмме заменяют
вращающуюся АМ эквивалентной ей по
энергетическим и электромагнитным
соотношениям машиной с заторможенным
ротором, т.е приводят режим работы
вращающейся АМ к эквивалентному режиму
работы этой же машины при неподвижном
роторе.

11.

При такой замене ЭДС и индуктивное
сопротивление вторичной цепи будут
соответствовать реальным значениям этих
величин при неподвижном роторе, но вместо
активного сопротивления r2 эта цепь должна
содержать сопротивление r2/s, т.е активное
сопротивление должно быть увеличено на
величину
r2
1 s
r2 r2
r2
s
s

12.

Введем коэффициент приведения
сопротивлений вторичной цепи к первичной
kr =kikU.
Приведенные активное и индуктивное
сопротивления обмотки ротора
r2 k r r2 ,
x 2 k r x 2

13. 16.2. Схемы замещения АМ

Различают Т-образную и Г –
образную схемы замещения
Гобразная схема замещения
представлена на рис.16.2.
Схемы замещения АМ отражают все
основные процессы, происходящие в
ней и представляют собой удобную
основу для изучения режимов работы.

14.

r1
I1
I
x1
x 2
r2
s
x
E 1 E 2
U1
r
I 2
Рис.16.2. Г -образная схема замещения
асинхронного двигателя

15. 16.3. Режимы работы АМ, энергетические соотношения

Двигательный режим (0 < s < 1).
В этом режиме передача энергии
осуществляется от сети к нагрузке. АД
потребляет из сети активную мощность
P1 m1 U1 I1 cos 1
Часть этой энергии теряется в виде
электрических потерь в активном
сопротивлении первичной обмотки
p эл m I r1
2
1

16.

Другая часть энергии – выделяется в виде
магнитных потерь рмг в сердечнике статора.
Оставшаяся часть мощности представляет
собой электромагнитную мощность
2 r2
Pэм m1 I 2
s
Часть этой мощности теряется в виде
электрических потерь рэл в активном
сопротивлении обмотки ротора
p эл m 2 I r2
2
2

17.

оставшаяся часть мощность превращается
в механическую мощность Рмх, развиваемую
на роторе. Часть механической мощности
теряется внутри самой машины в виде
механических потерь (на вентиляцию, на
трение в подшипниках и на щетках машин с
ф.р.).
Энергетическая диаграмма АМ в приведена
на рис.16.3

18.

Р1
СТАТОР
Pc1
Pэ1
ВОЗДУШНЫЙ ЗАЗОР
Рэм
Pэ2
РОТОР
Pмех
Pдоб
Рмех
ВАЛ
Рис. 16.3. Энергетическая
диаграмма асинхронного
двигателя

19.

Векторная диаграмма АМ в
двигательном режиме приведена на
рис.16.4.

20.

j I1 r1
U
1
I r
1
1
E
1
I r 1 s
2
2
s
I
1
I 2
1
I r
2
2
I
Ф
2
I
2
E
E
1
2
j I 2 x 2
Рис.16. 4. Векторная диаграмма асинхронного двигателя в двигательном режиме

21. 16.4 Механические характеристики АМ

Для вывода уравнения механической характеристики
рассмотрим баланс мощности в двигателе.

22.

M 0 M Pэ 2
0
Pэ2 M 0 M M 0 M 0 s
0
Pэ2 3 I 2 r2
2

23.

M 0 s 3 I 2 r2
2
3 I 2 r2
2
M
I 2
0 s
U1
r r s x x
2
1
2
уравнение электромеханической
асинхронного двигателя.
1
2
2
характеристики

24.

M
3 U r2
2
1
0 s r1 r2 s x 1 x 2
2
2
уравнение механической
характеристики
Уравнение имеет два максимума: один в двигательном режиме, другой – в режиме
рекуперации энергии в сеть.
Для определения значений этих максимумов необходимо взять производную
от выражения механической характеристики и приравнять к нулю
dM ds 0.

25.

• В результате определим значение
критического скольжения, при
котором двигатель развивает
максимальный (критический) момент
sк
r2
2
2
r1 x к

26.

• Подставив значение критического
скольжения в выражение
механической характеристики получим
выражение для критического момента
Mк
3 U
2
1
2 0 r1 r x
2
1
2
к

27.

Уточненная формула Клосса
M
где
2 M к 1 s к
s sк sк s 2 sк
r1 r2
– расчетный параметр
,

28.

• Для крупных двигателей значение
активного сопротивления статора не
велико, то есть r1 0 , в результате
получим, так называемую, упрощенную
формулу Клосса
2 Mк
M
s sк sк s

29.

Основное преимущество записи
уравнения механической
характеристики в виде формул Клосса
заключается в том, что для этих
выражений достаточно знать лишь
параметры, которые обычно
указываются в каталогах или могут
быть найдены по данным каталогов.

30.

В каталогах на асинхронные двигатели,
помимо номинальных данных: Pн , nн , U н
и других, приводится также кратность
максимального момента в двигательном
режиме по отношению к номинальному:
. M к M н . Это отношение часто
называют также перегрузочной
способностью двигателя.

31.

s
Режим рекупе- -1
ративного
торможения
-sк
0
н sн
sк
-Мп
-Мкг
-Мн 1
0 Мн
- н
2
Двигательный режим
а
М
Мп
Мкд
Режим торможения противовключением
Рис. 16.5. Механическая характеристика асинхронного двигателя

32.

Необходимо подчеркнуть, что
абсолютные значения критического
скольжения в двигательном режиме и в
режиме рекуперации энергии в сеть
одинаковы.
Значение критического момента
в генераторном режиме Мкг
больше, чем соответствующее
значение в двигательном
режиме Мкд, то есть
M кг M кд

33.

Каждому режиму работы асинхронного двигателя
соответствует определенная область скольжений.
Режимы работы АД
Промежуточные
Основные
ДВИГАТЕЛЬНЫЙ
ДИНАМИЧЕСКОЕ
ТОРМОЖЕНИЕ
0<S<1
ТОРМОЖЕНИЕ
ПРОТИВОВКЛЮЧЕНИЕМ
1 S
РЕКУПЕРАТИВНОЕ ТОРМОЖЕНИЕ
S 0
ХОЛОСТОЙ ХОД
КОРОТКОЕ ЗАМЫКАНИЕ
S=0
S=1
Рис.16.6. Режимы работы асинхронного двигателя