Механические характеристики асинхронного двигателя в неноминальных режимах

1.

СЕВАСТОПОЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ И
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И СЕТИ»
Дисциплина:
«Автоматизированный электрический привод»
Лекция № 7:
МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ В
НЕНОМИНАЛЬНЫХ РЕЖИМАХ
Доцент кафедры к. т. н.
ГОРПИНЧЕНКО Александр Владимирович

2.

ВОПРОСЫ
1. Характеристики АД при неноминальном напряжении.
2. Характеристики АД при неноминальной частоте.
3. Характеристики АД при обрыве фазной цепи или
линии.
ЛИТЕРАТУРА
М.Г.Чиликин, А.С.Сандлер
«Общий курс электропривода», стр. 203…221.
1

3.

1. Характеристики АД при неноминальном напряжении.
2
Рассмотрим физическую сторону процессов в АД при
увеличении и уменьшении U1.
а) U1 U1н . При U1 M (M к U12 ) и в случае вентиляторной
нагрузки АД может остаться в работе: точка 3 на рис. 1, но будет
работать на пониженной скорости s , а это приведёт к
росту потерь в роторе: ΔP2 Pэм s .
Рисунок 1

4.

Известно: U1 E1 4,44 f1 w1 к 01 Φ1 (пренебрегаем R1)
Из (1), при U1 Ф1 Ιμ
(1)
3
Рисунок 2. Кривая намагничивания.
Нагрузочная составляющая тока I1(I’2) будет иметь другую
M эм кФ1I 2 cosΨ 2
тенденцию
(2)

5.

Если момент нагрузки на валу не изменился тогда можно
4
считать М с M эм k Ф1 Ι 2 cosΨ 2 const , а поскольку
Ф1 Ι 2 . I’2 ↑ дополнительно т.к. s ↑, а cos ψ2↓
(f 2 s x 2 ) . В целом при U1↓ нагруженного АД за
счёт I’2 ↑.
I1 Iμ ( I 2 )
(3)
На холостом ходу I’2 ≈ 0 и I1 будет определяться I μ , т.е. при
U1 Ι1 Ιμ .
б) U1> U1H .
U1↑ приводит к
Мк
k M
Мн
Рисунок 3.

6.

5
Нагрузочная составляющая I’2 ↓ с U1 ↑, а Iμ ↑, причём очень
сильно (по кривой намагничивания Ф1 ↑ и Iμ ↑ сильно из-за
насыщения). При U1 ↑ на 20 ÷ 25 % от U1н Iμ > I1н даже на
холостом ходу.
Вывод: Увеличение U1 более «опасно». В этом режиме I1
определяется Iμ. На основании
рассуждений можно построить
зависимости I1 = f(U1) (рис. 4).
На холостом ходу АД
уменьшение напряжения
не вызывает перегрузки по току.

7.

2. Характеристики АД при неноминальной частоте.
1
Изменение частоты сети приводит к изменению M к
,а
f1
значит и к изменению k .
M
а) f1 < f1н. Из U1 E1 4,44 f1 w1 k 01 Φ1m следует, что при
f1 E1 U1 const
Ф1m M к k м : (рис. 5).
Рисунок 5
6

8.

Определим тенденцию изменения I1 .
7
Поскольку Ф1 ↑→ Iμ ↑ (увеличивается резко из-за насыщения
АД по кривой намагничивания).
Согласно выражения (2)
при Мс = const (M = Mc)
k Ф1 Ι 2 cosΨ2 const .
Это будет при условии I’2 ↓, т.к. Ф1 ↑.
Таким образом, Iμ ↑ , а I’2 ↓ . Определяющим для I1 будет
составляющая Iμ ↑ , которая растёт резко при насыщении АД.
б) f1 > f1н
При f1 ↑→ Ф1 ↓→ МК ↓
Рисунок 6

9.

Наряду с этим будет наблюдаться I’2 ↑ .
8
Из (2) при М = Мс = const Ф1 ↓→ I’2 ↑ .
Iμ ↓ при Ф1 ↓ . Фактор роста I’2 будет определяющим и I1 ↑.
Таким образом, при f1 = var в любую сторону наблюдается I1 ↑ .
На основе рассуждений можно построить зависимости I1 = f (f1)
(рис. 7).
На холостом ходу АД
увеличение f1
не вызывает
перегрузки АД по току (Iμ ↓), а
уменьшение
перегрузочной
способности kM не сказывается
на работе АД (ведь Mc↓).
При нагрузке отклонения
частоты
от
номинального
значения в любую сторону
вызывает перегрузку АД по
току.

10.

3. Характеристики АД при обрыве фазной цепи или линии
9
а) Обмотка статора включена в звезду. Обрыв фазы приводит к
однофазному включению двух оставшихся фаз (рис. 8 )
Рисунок 8
Uл
2
При однофазном включении U ф1
(при трёхфазном
3
U
включении U ф3 л ), U л 3 U ф3 , U ф1
U ф3 .
2
3

11.

10
UФ1 < UФ3 поэтому
3
Ф1 (U1 E1 Ф1 ) Ф ф1
Ф ф3 .
2
Этот поток становится пульсирующим, а не вращающимся.
Результирующий поток двух фаз, в результате геометрического
суммирования:
3
3
Ф АВ1
Ф ф3 3
Ф АВ1 Ф ф1
2
2
2
Фф 1
Следовательно пульсирующий магнитный поток по амплитуде
превосходит амплитуду вращающего магнитного поля при
Ф АВ1
3
трёхфазном включении (Ф АВ1 Ф ф3 ) или
1,5 .
Ф ф3
2

12.

Пульсирующее поле может быть представлено в виде двух,
встречно вращающихся полей с амплитудами, равными половине
амплитуды пульсирующего.
11
Ф АВ1 Ф АВ1 пр. Ф АВ1 обр.
Соответственно, амплитуды вращающихся полей прямой и
обратной последовательности будут составлять в однофазном
режиме 0,75 амплитуды вращающегося поля трёхфазного режима:
Ф пр.1 Ф обр.1 0,75 Ф ф3
Представим, используя принцип наложения, механические
характеристики АД
для поля прямой и обратной
последовательности, а также результирующую механических
характеристик.
Для сравнения приведём механическую характеристику
трёхфазного режима. Учтём, что момент пропорционален квадрату
потока ( Mк U12 , а Ф1 U1 Mк Ф12 ) : Мк пр. Мк обр. 0,56 Мк
1
1
3
(рис. 9).

13.

12

14.

13
Результирующая характеристика при однофазном включении
МΣ1 = Мпр1 + Мобр1 проходит через начало координат, т.е.
двигатель не имеет пускового момента Мп = 0.
При включении Ω = 0 и двигатель будет под током. При
толчке в любую сторону он пойдёт в ход. При этом МкΣ1
уменьшается до величины менее 0,56Мк3, то есть АД теряет
перегрузочную способность.
Если Мс ≥ 0,56 Мк3 АД «опрокидывается» Ω↓ до «0» и он
будет стоять под током.
Если Мс < 0,56 Мк3 он остаётся в работе.
При этом токи в подключенных фазах возрастут. И прежде
всего за счёт роста нагрузочной составляющей I’2 .
Это видно из выражения (2) при Мс = const
M Mc k Ф1 Ι 2 cosΨ 2 const
(Фпр1 = Фобр1)↓ → I’2 ↑