Механічна характеристика асинхронного двигуна при різних режимах, напружених і частотах
На практиці для графічної побудови механічної характеристики користуються спрощеною формулою, званої формулою Клосса:
тут: Мк - критичний (максимальне) значення моменту. Цьому значенню моменту відповідає критичне ковзання
Формула Клосса застосовується при вирішенні питань, пов'язаних з електроприводом, які здійснюються за допомогою асинхронного двигуна. Користуючись формулою Клосса можна побудувати графік механічної характеристики за паспортними даними асинхронного двигуна. Для практичних розрахунків у формулі при визначенні критичного моменту перед коренем слід брати до уваги тільки знак плюс.
Мал. 1. Асинхронний двигун: а - принципова схема, б - механічна характеристика М = f (S) - природна в руховому і генераторному режимах, в - природна механічна характеристика n = f (М) в руховому режимі, г - штучні реостатні механічні характеристики, д - механічні характеристики для різних напруг і частот.
Асинхронний двигун з короткозамкненим ротором
Як видно з рис. 1, механічна характеристика асинхронного двигуна розташовується в I і III квадрантах. Частина кривої в I квадраті відповідає позитивному значенню ковзання і характеризує руховий режим роботи асинхронного двигуна, а в III квадранті - генераторний режим. Найбільший практичний інтерес представляє руховий режим.
Графік механічної характеристики рухового режиму містить три характерні точки: А, В, С і умовно може бути поділені на дві ділянки: ОВ і ВС (рис. 1, в).
Точка А відповідає номінальному моменту двигуна і визначається за формулою Мн = 9,55 • 10 3 • (P н / n н)
Цьому моменту відповідає номінальне ковзання. яке для двигунів загальнопромислового застосування має величину в межах від 1 до 7%, т. е. Sн = 1 - 7%. При цьому дрібні двигуни мають більший ковзання, а великі - менше.
Двигуни з підвищеним ковзанням. призначені для роботи з ударним навантаженням, мають S н
15%. До них відносяться, наприклад, двигуни єдиної серії АС.
Точка С на характеристиці відповідає величині початкового обертального моменту. виникає на валу двигуна при пуску. Цей момент Мп носить назву початкового, або пускового. Ковзання при цьому дорівнює одиниці, а швидкість - нулю. Величину пускового моменту легко визначити за даними довідкової таблиці, де вказується відношення пускового моменту до номінального Мп / Мн.
Величина пускового моменту при постійних величинах напруги і частоти струму залежить від активного опору в ланцюзі ротора. При цьому спочатку зі зростанням активного опору збільшується величина пускового моменту, досягаючи свого максимуму за однакової кількості активного опору ланцюга ротора і повного індуктивного опору двигуна. Надалі зі зростанням активного опору ротора величина пускового моменту зменшується, прагнучи в межі до нуля.
Точка В (рис. 1, б і в) відповідає максимальному моменту. який може розвивати двигун на всьому діапазоні швидкостей від n = 0 до n = n с. Цей момент носить назву критичного (чи перекидального) моменту Мк. Критичного моменту відповідає і критичне ковзання Sк. Чим менше величина критичного ковзання Sк, а також величина номінального ковзання S н, тим більше жорсткість механічної характеристики.
Як пусковий, так і критичний моменти визначаються через номінальний. Згідно ГОСТ на електричні машини для короткозамкнутого двигуна повинна дотримуватися умова Мп / Мн = 0,9 - 1,2, Мк / Мн = 1,65 - 2,5.
Слід мати на увазі, що величина критичного моменту не залежить від активного опору роторної ланцюга, в той час як критичне ковзання S до прямо пропорційно цьому опору. Це означає, що зі збільшенням активного опору роторної ланцюга величина критичного моменту залишається незмінною, проте максимум кривої моменту зміщується в бік зростаючих значень ковзання (рис. 1, г).
Величина критичного моменту прямо пропорційна квадрату напруги, що підводиться до статора, і обернено пропорційна квадрату частоти напруг і частоти струму в статорі.
Якщо, наприклад, напруга, що підводиться до двигуна, дорівнюватиме 85% номінального значення, то величина критичного моменту при цьому складе 0,85 2 = 0,7225 = 72,25% критичного моменту при номінальній напрузі.
Зворотне явище спостерігається при зміні частоти. Якщо, наприклад, до двигуна, призначеному для роботи з частотою струму f = 60 гц, підвести струм частотою f = 50 гц, то критичний момент отримає в (60/50) 2 = 1,44 рази більше значення, ніж при своїй формальної частоті (рис. 1, д).
Критичний момент характеризує собою миттєву перевантажувальну здатність двигуна, т. Е. Він показує, яку миттєву (на кілька секунд) перевантаження здатний перенести двигун без будь-яких шкідливих наслідків.
Ділянка механічної характеристики від нульового до максимального (критичного) значення (див. Рис. 1. б і в) носить назву стійкої частини характеристики. а ділянка ВС (рис. 1, в) - нестійкою частини.
Пояснюється такий розподіл тим, що на зростаючій частині характеристики ОВ зі збільшенням ковзання, тобто зі зменшенням швидкості, зростає розвивається двигуном момент. Це означає, що при збільшенні навантаження, т. Е. При зростанні гальмівного моменту, зменшується швидкість обертання двигуна, а розвивається їм момент збільшується. При зниженні навантаження, навпаки, швидкість зростає, а момент зменшується. При зміні навантаження на всьому діапазоні стійкої частини характеристики відбувається зміна швидкості обертання і моменту двигуна.
Двигун не в змозі розвинути момент більше критичного, і якщо гальмівний момент виявиться більше, двигун неминуче повинен зупинитися. Відбувається, як прийнято говорити, перекидання двигуна.
Механічна характеристика при постійних U і I і відсутності додаткового опору в ланцюзі ротора називається природною характеристикою (характеристика короткозамкнутого асинхронного двигуна з фазним ротором без додаткового опору в ланцюзі ротора). Штучними, або реостатними, характеристиками називаються такі, які відповідають добавочному опору в ланцюзі ротора.
Всі значення пускових моментів різні між собою і залежать від активного опору ланцюга ротора. Одному і тому ж номінального моменту Мн відповідають ковзання різної величини. Зі збільшенням опору ланцюга ротора зростає ковзання і, отже, зменшується швидкість обертання двигуна.
Завдяки включенню в ланцюг ротора активного опору механічна характеристика в стійкою частини витягується в бік зростання ковзання, пропорційно опору. Це означає, що швидкість двигуна починає сильно змінюватися в залежності від навантаження на валу і характеристика з жорсткою робиться м'якою.