Характеристики асинхронных двигателей. На рисунке 3 изображена зависимость между мощностью, напряжением и скольжением

 

 

На рисунке 3 изображена зависимость между мощностью, напряжением и скольжением. При данной механической нагрузке Р_мех, у каждого двигателя есть определенный критический режим. Напряжение U_кр и скольжение S_кр, при котором этот режим наступает, называют критическими. Максимальный момент, который может развивать двигатель в критическом режиме, равен механическому моменту рабочей машины. При дальнейшем понижении напряжения работа невозможна, поскольку электрический момент оказывается меньше механического момента.

Значение максимального момента и критического скольжения можно определить, продифференцировав выражение мощности по скольжению и приравняв нулю:

.

“- ” – режим генератора;

“ +” – режим двигателя.

При этом скольжении находим значение максимальной мощности, т.е подставляем в формулу активной мощности и получаем:

.

Величина критического скольжения определяется через номинальное скольжение S₀ и кратность максимального момента b₀:

;

.

Значение S₀ в основном зависит от мощности двигателя. Для малой мощности (несколько кВт) она составляет 5 %, при средней мощности S₀ = 2% и у очень крупных двигателей (сотни кВт) уменьшается до 1 %.

Используя понятия S_кр и P_max, перепишем выражения для мощности, которыми часто пользуются при расчетах электрических приводов:

.

Работа двигателя при положительном значении (точки 1,2,3) устойчива, при отрицательном - неустойчива. Таким образом, у асинхронного двигателя имеется лишь одна область устойчивой работы между синхронной скоростью (S=0) и критическим скольжением. Область между критическим скольжением и скольжением S=1, оказывается неустойчивой.

В нормальных условиях двигатель работает на устойчивой части своей характеристики, при значении S< S_KP. Однако, при снижении напряжения или увеличении механического вращающего момента, двигатель может оказаться в критическом режиме. При дальнейшем снижении напряжения, точка, характеризующая режим, перейдет на спадающую часть характеристики, двигатель тормозится, ток и реактивная мощность резко растут, а затем двигатель останавливается или опрокидывается. Обычно двигатели работают с большим запасом устойчивости. Их рабочее скольжение значительно меньше критического, а максимальный вращающий момент много больше рабочего (50-70%). В этих условиях, колебания напряжения не опасны с точки зрения устойчивости двигателей, и только очень большие снижения напряжения на их шинах (20-40%) приводят к опрокидыванию двигателей.

 

 

Характеристики асинхронных двигателей

Статические и динамические характеристики асинхронных и синхронных двигателей различны. Это обусловлено появлением свободных токов при быстром изменении скольжения (, где S= ). У асинхронных двигателей скольжение отлично от нуля, а у синхронных равно нулю.

При рассмотрении устойчивости работы обоих типов двигателя используют зависимость электрической мощности потребляемой двигателем в зависимости от величины скольжения.

Рисунок 1

На рисунке 1 изображена электрическая мощность, потребляемая асинхронным двигателем, в зависимости от величины скорости изменения скольжения. Если скорость изменения скольжения мала, то при анализе режима двигателя приближенно можно получать динамические характеристики (ds/dt><0) на основе ряда статических характеристик (ds/dt=0).

Запишем количественные соотношения между параметрами режима на основе схемы замещения асинхронного двигателя. Для упрощения пренебрегаем активным сопротивлением цепи статора.

Рисунок 2

 

 

 

Где Х_S – суммарное сопротивление рассеяния обмоток статора и ротора;

Х_µ - сопротивления намагничивания статора;

R₂ - приведенное сопротивление ротора и статора.

Активная мощность, потребляемая нагрузкой, т. е. вращающий момент двигателя определяется мощностью машин приводимых во вращение и их характеристиками.

М_мех= f(ω)

Для упрощения примем, что механическая мощность не зависит от скольжения. Тогда, можно записать следующее соотношение:

Активная мощность как функция напряжения скольжения находится из схемы замещения следующим образом:

Рисунок 3

 

 

На рисунке 3 изображена зависимость между мощностью, напряжением и скольжением. При данной механической нагрузке Р_мех, у каждого двигателя есть определенный критический режим. Напряжение U_кр и скольжение S_кр, при котором этот режим наступает, называют критическими. Максимальный момент, который может развивать двигатель в критическом режиме, равен механическому моменту рабочей машины. При дальнейшем понижении напряжения работа невозможна, поскольку электрический момент оказывается меньше механического момента.

Значение максимального момента и критического скольжения можно определить, продифференцировав выражение мощности по скольжению и приравняв нулю:

.

“- ” – режим генератора;

“ +” – режим двигателя.

При этом скольжении находим значение максимальной мощности, т.е подставляем в формулу активной мощности и получаем:

.

Величина критического скольжения определяется через номинальное скольжение S₀ и кратность максимального момента b₀:

;

.

Значение S₀ в основном зависит от мощности двигателя. Для малой мощности (несколько кВт) она составляет 5 %, при средней мощности S₀ = 2% и у очень крупных двигателей (сотни кВт) уменьшается до 1 %.

Используя понятия S_кр и P_max, перепишем выражения для мощности, которыми часто пользуются при расчетах электрических приводов:

.

Работа двигателя при положительном значении (точки 1,2,3) устойчива, при отрицательном - неустойчива. Таким образом, у асинхронного двигателя имеется лишь одна область устойчивой работы между синхронной скоростью (S=0) и критическим скольжением. Область между критическим скольжением и скольжением S=1, оказывается неустойчивой.

В нормальных условиях двигатель работает на устойчивой части своей характеристики, при значении S< S_KP. Однако, при снижении напряжения или увеличении механического вращающего момента, двигатель может оказаться в критическом режиме. При дальнейшем снижении напряжения, точка, характеризующая режим, перейдет на спадающую часть характеристики, двигатель тормозится, ток и реактивная мощность резко растут, а затем двигатель останавливается или опрокидывается. Обычно двигатели работают с большим запасом устойчивости. Их рабочее скольжение значительно меньше критического, а максимальный вращающий момент много больше рабочего (50-70%). В этих условиях, колебания напряжения не опасны с точки зрения устойчивости двигателей, и только очень большие снижения напряжения на их шинах (20-40%) приводят к опрокидыванию двигателей.