Технические науки / 6.

Электротехника и радиоэлектроника

Пестрикова И.Е., Лопатина Л.Г., Панарина И.В.

Омский государственный технический университет, Россия

Механическая характеристика асинхронного двигателя

В настоящее время асинхронные машины используются в основном в режиме двигателя. Машины мощностью больше 0,5 кВт обычно выполняются трёхфазными, а при меньшей мощности – однофазными.

Впервые конструкция трёхфазного асинхронного двигателя была разработана, создана и опробована русским инженером М.О. Доливо-Добровольским в 1889-1891 годах. Демонстрация первых двигателей состоялась на Международной электротехнической выставке во Франкфурте на Майне в сентябре 1891 года. На выставке было представлено три трёхфазных двигателя разной мощности. Самый мощный из них имел мощность 1,5 кВт и использовался для приведения во вращение генератора постоянного тока. Конструкция асинхронного двигателя, предложенная Доливо-Добровольским, оказалась очень удачной и является основным видом конструкции этих двигателей до настоящего времени.

За прошедшие годы асинхронные двигатели нашли очень широкое применение в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства. Их используют в электроприводе металлорежущих станков, подъёмно-транспортных машин, транспортёров, насосов, вентиляторов. Маломощные двигатели используются в устройствах автоматики.

Широкое применение асинхронных двигателей объясняется их достоинствами по сравнению с другими двигателями: высокая надёжность, возможность работы непосредственно от сети переменного тока, простота обслуживания [1].

Для правильной эксплуатации асинхронного двигателя необходимо знать его характеристики. Одной из основных характеристик асинхронного двигателя, является механическая характеристика.

Механической характеристикой двигателя называется зависимость частоты вращения ротора от момента на валу n = f (M2). Так как при нагрузке момент холостого хода мал, то M2 ≈ M и механическая характеристика представляется зависимостью n = f (M). Если учесть взаимосвязь s = (n1 - n) / n1, то механическую характеристику можно получить, представив ее графическую зависимость в координатах n и М (рис. 1).

Рис. 1. Механическая характеристика асинхронного двигателя

Естественная механическая характеристика асинхронного двигателя соответствует основной (паспортной) схеме его включения и номинальным параметрам питающего напряжения. Механические характеристики являются очень удобным и полезным инструментом при анализе статических и динамических режимов электропривода.

Пример расчета механической характеристики асинхронного двигателя. Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором питается от сети с напряжением = 380 В при = 50 Гц. Параметры двигателя: P_н=14 кВт, n_H=960 об/мин, cosφ_н=0,85, η_H=0,88, кратность максимального момента kм=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 двигателя.

Решение. Номинальная мощность, потребляемая из сети

P_1н =P_н / ηн = 14 / 0,88 = 16 кВт.

Номинальный ток, потребляемый из сети

Число пар полюсов

p = 60 f / n1 = 60 х 50 / 1000 = 3,

где n1 = 1000 – синхронная частота вращения, ближайшая к номинальной частоте nн= 960 об/мин.

Номинальное скольжение

sн = (n1 - nн) / n1 = (1000 - 960 ) / 1000 = 0,04

Номинальный момент на валу двигателя

Критический момент

Мк = kм х Мн = 1,8 х 139,3 = 250,7 Н·м.

Критическое скольжение находим подставив М = Мн, s = sн и Мк / Мн = kм.

Для построения механической характеристики двигателя с помощью n = (n1 - s) определим характерные точки: точка холостого хода s = 0, n = 1000 об/мин, М = 0, точка номинального режима S_H = 0,04, N_H = 960 об/мин, Мн = 139,3 Н·м и точка критического режима S_k = 0,132, N_k = 868 об/мин, Мк =250,7 Н·м.

Для точки пускового режима S_п = 1, n = 0 находим

По полученным данным строят механическую характеристику двигателя. Для более точного построения механической характеристики следует увеличить число расчетных точек и для заданных скольжений определить моменты и частоту вращения [2].

Построенная по паспортным данным двигателя механическая характеристика называется естественной. Если изменять величину подведенного напряжения, активное сопротивление ротора или другие параметры, то можно получить механические характеристики, отличные от естественной, которые называют искусственными.

На рис. 2 приведены механические характеристики двигателя при разной величине подведенного напряжения.

Рис. 2

Как следует из рис. 2 при понижении подведенного напряжения частота вращения магнитного поля n0 остается неизменной, а уменьшается критический Mкр и пусковой Mпуск моменты, т.е. снижается перегрузочная способность и ухудшаются пусковые свойства двигателя. При понижении подведенного напряжения механическая характеристика становится мягче.

На рис. 3 приведены механические характеристики двигателя при разной величине активного сопротивления ротора.

Рис. 3

Как следует из рис. 3 при увеличении активного сопротивления обмотки ротора за счет введения реостата R_доб в цепь фазного ротора сохраняется неизменным M_кр, т.е. сохраняется перегрузочная способность двигателя, но происходит увеличение пускового момента. Частота вращения в режиме идеального холостого хода остается неизменной, равной n0 [3]. С увеличением активного сопротивления обмотки ротора механические характеристики становятся мягче, т.е. ухудшается устойчивость работы двигателя.

Библиографический список

1. История создания и область применения асинхронных двигателей. – Режим доступа: http://model.exponenta.ru/electro/0080.htm

2. Механическая характеристика асинхронного двигателя. – Режим доступа: http://electricalschool.info/spravochnik/maschiny/544-mekhanicheskaja-kharakteristika.html

3. Искусственные механические характеристики асинхронного двигателя. – Режим доступа: http://model.exponenta.ru/electro/0080.htm