Электропривод на базе асинхронных двигателей (1055410), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Уравнение механической характеристики можно получить, приравняв потери в роторной цепи, выраженные через механические и через электрические величины.

Согласно (11) ΔР_эл2 = МΩ₀s . Кроме того, по известной формуле:

ΔР_эл2=3I'₂²R'₂ (16)

Выразим из уравнений (11) и (16) электромагнитный момент. С учетом принятых допущений в первом приближении справедливо следующее выражение:

(17)

3.9.1.7. Критическое скольжение

- критическое скольжение, соответствующее критическому моменту. Выражение для критического скольжения может быть получено, путем дифференцирования (3) по скольжению и приравнивания результата к нулю [32].

где R₂‘ - активное сопротивление фазы вторичной цепи (ротора), приведенное к первичной цепи.

В АД авиационного назначения: s_к = 0,2÷0,4 [2].

В АД общего назначения и нормального исполнения: s_к = 0.05÷0.15 [22], s_к=0,14÷0,15 [25], s_к = 0,1÷0,2 [3]; s_к = 0,1÷0,45 [27].

Большее значение s_к принимает:

- при кратковременном режиме работы [2];

- у АД малой мощности [24].

Таким образом, в АД нормального исполнения механическая характеристика достаточно жесткая и рабочая частота вращения Ω близка к синхронной Ω₀.

Значение критического скольжения в двигательном режиме и режиме генераторного торможения по абсолютной величине равны.

После подстановки выражения (18) в (17) получается выражение для критического момента (15).

С учетом выражений (15) и (18) справедливо следующее соотношение (формула Клосса) [32]:

,

где коэффициент a представляет собой отношение активного сопротивления первичной цепи к приведенному сопротивлению фазы вторичной цепи

На практике иногда полагают, что а = 0, т.е. пренебрегают активным сопротивлением обмоток статора. Это обычно не приводит к существенным погрешностям при Р_н > 5 кВт, однако может неоправданно ухудшить модель при малых мощностях [40].

3.9.1.8. Номинальное скольжение (соответствующее номинальному моменту):

для авиационных АД 0,1-0,15;

в АД общего назначения:

0,03-0,06 [3]; чем выше мощность АД, тем меньше скольжение

0,02-0,05, а в микродвигателях 0,05-0,2 [13];

0,02-0,12 [28];

0,01-0,05 (меньшие значения у двигателей большей мощности – сотни кВт) [40];

для двигателей мощностью от 1 до 1 000 кВт от 6 до 1% соответственно; при больших мощностях обычно s< l % [18];

Номинальное скольжение выбирается при проектировании малым с целью уменьшения электрических потерь в роторе, пропорциональных скольжению. Малое номинальное скольжение соответствует рабочему участку механической характеристики с высокой жесткостью.

Участки механической характеристики в координатах М(s) могут быть описаны простыми следующими простыми выражениями [32]:

Рабочий участок (s<<s_к ) - в виде прямой: М=2М_кs/s_к

Участок, соответствующий s>>s_к - в виде гиперболы: М=2М_кs_к/s_.

3.9.1.9. Перегрузочная способность АД

Отношение критического (максимального) момента к номинальному, называемое перегрузочной способностью двигателя:

 = М_кр/М_н

Для того чтобы двигатель работал надежно, его номинальный режим выбирают таким, чтобы М_кр/М_н  1,7 [32].

Для АД ЛА: =2,5 (длительный режим)...3,0 (кратковременный режим) [1].

Эти показатели выше, чем у большинства АД общего назначения (1,8…2,5 [18,25], 1,7….2,5 [20], 1,8...3,0 [40]):

Например, для АД с КЗ ротором:

- единой серии А2 (ротор нормального исполнения) - 1,7-2,2 [7];

- с повышенным скольжением АОС2 – 1,8 – 2,4 [7];

- с повышенным пусковым моментом АОП2 – 2,2 [7];

- серия 4А – 2,2 [12];

- серия АИ – 2,2 – 2,8 [12];

- краново-металлургические – 2,6 – 3,6 [7].

Для АД с фазным ротором:

- единой серии АК – 1,7 – 2,0 [7];

- краново-металлургические – 2,3 – 3,0 [7].

3.9.1.10. Кратность пускового момента АД

Кратность пускового момента - отношение пускового момента к номинальному:

_п=М_п/М_н

Этот показатель важен для надежного запуска АД.

Для АД ЛА: _п =1,6 (длительный режим)...2,8 (кратковременный режим) [1].

_п=1,2...2,0 (длит.режим), 2...2,5 (повт-кратк.режим), 2,5...3,0 (кратковр.режим) [24,27].

_п=0,8-1,4 [25], 1,3-1,6 [40].

Эти показатели выше, чем у большинства АД общего назначения. Эта величина может быть меньше единицы (например, 0,8) и больше ее (до 1,2). При кратности меньше 1 двигатель следует включать в работу без нагрузки, и лишь после разгона подается нагрузка. Двигатель с кратностью п>1 можно включать в сеть с полной нагрузкой [20].

Например, для АД с КЗ ротором:

- с ротором нормального исполнения - 1,0-1,9 [7];

- серия 4А – 1,4 - 2,0 [12];

- серия АИ – 2,2 – 2,8 [12];

- с повышенным скольжением – 1,7 – 2,2 [7];

- с повышенным пусковым моментом – 1,7 – 1,8 [7];

- краново-металлургические – 2,5 – 3,3 [7].

3.9.2. Электромеханическая характеристика

3.9.2.1. Вид характеристики

Рис. 4. Электромеханическая характеристика АД

3.9.2.2. Кратность пускового тока АД

отношение пускового тока к номинальному (кратность пускового тока):

j_п=I_п/I_н

Для АД ЛА: j_п =3...5 (чем выше номинальная мощность АД, тем на большую кратность пускового тока проектируются двигатели) [2].

Для АД ОН j_п=5...7 [3,25,40].

- серия 4А – 6,0 – 7,5 [12];

- серия АИ – 7,0 – 7,5 [12];

j_п=5,5…7.0 для двигателей мощностью 3...35 кВт и 2,5...4,5 для двигателей мощностью не более 500 Вт [27].

Кратность пускового тока АД с короткозамкнутой обмоткой всегда превышает кратность пускового момента, поскольку среднее значение электромагнитного момента АД определяется не полным током в роторе, а только его активной составляющей [19].

3.9.3. Рабочие характеристики АД

Частота вращения АД с увеличением нагрузки уменьшается незначительно вследствие жесткой механической характеристики.

С учетом этого зависимость момента на валу АД (М_в=Р_в/Ω) от мощности нагрузки является практически линейной, незначительно выгибаясь вверх.

Ток статора складывается из активной и реактивной составляющей.

В режиме холостого хода (Р₂=0) ток статора практически равен реактивной составляющей. В серийных АД при U₁=U_1ном и f₁=f_1ном, т.е. при номинальном магнитном потоке ток холостого хода I₁₀ составляет обычно 30% – 40% от номинального тока статора I_1ном [40].

С увеличением нагрузки растет активная составляющая, идущая на создание момента (полезной мощности) и на покрытие потерь. Реактивная составляющая тратится на создание основного магнитного поля и полей рассеяния и до номинальной нагрузки практически не меняется. Поэтому до номинальной нагрузки ток изменяется линейно с изменением Р_в. Свыше номинальной мощности растут активная и реактивная составляющая тока, что обуславливает более быстрый рост тока [28] .

3.9.3.1. Коэффициент полезного действия АД и потери.

Коэффициент полезного действия конкретного АД зависит от мощности нагрузки Р₂ и достигает максимума при равенстве постоянных (Р_ст и Р_мех) переменных потерь (Р_эл1, Р_эл2, Р_доб), что соответствует Р₂=0,75Р_2ном [27].

Номинальный КПД АД возрастает с ростом их мощности и частоты вращения. При мощности более 500 Вт номинальный КПД трехфазных АД имеет величину 0,650,95 [13]. Для мощности 500 Вт КПД=0,7...0,75; для мощности 3 кВт КПД 0,8...0,85; для мощности 100 кВт КПД=0,9...0,93; для мощности 1 МВт КПД=0,92...0,95 [18]. Номинальный КПД трехфазных АД имеет величину 0,750,95 [19,24].

Для АД мощностью 0,6...100 кВт при номинальной нагрузке в [18] приводятся следующие относительные значения потерь Р/Рн:

- электрические потери в обмотке статора примерно равны электрическим потерям в обмотке ротора и составляют: 7 ÷ 2,5% при 2p = 4 и 2p = 6; 7,5 ÷ 2,5% при 2р = 8.

- потери в стали статора P_с1 и потери от пульсаций поля в зубцах статора и ротора P_с.д, вызванные наличием пазов на статоре и роторе, составляют 5...2,5%;

- механические потери (потери на трение) Р_мех обуславливаются трением в подшипниках, трением вращающихся частей о воздух, а в двигателях с фазным ротором еще и трением щеток о контактные кольца [24].

Зависят от:

- частоты вращения (пропорциональны приблизительно второй степени скорости вращения [24]);

- диаметра ротора;

- примененной системы вентиляции;

- типа подшипников.

Они составляют 1,5...0,8%;

- добавочные потери Р_доб, возникающие при нагрузке, вызваны полями рассеяния. Связаны с перемагничиванием зубцов статора и ротора высшими гармониками полей взаимоиндукции и полями рассеяния статора и ротора [13]. Не могут быть достаточно точно рассчитаны или определены опытным путем. Их оценивают в 0,5% от подведенной к двигателю мощности P_1н при номинальной нагрузке на валу.

Однако, как показывает опыт, они в современных короткозамкнутых двигателях при алюминиевой обмотке на роторе достигают 1 1.5% от Р_1н.

В маломощных АД потери распределяются следующим образом [27]:

- потери в стали - 15-25% от суммарных потерь;

- потери в меди – 65-70% от суммарных потерь;

- механические потери с самовентиляцией – 10-20% от суммарных потерь.

3.9.3.2. Коэффициент мощности.

В процессе работы АД потребляет из питающей сети значительную реактивную мощность, необходимую для создания рабочего магнитного потока машины и потоков рассеяния обмоток статора и ротора. Соотношение между активной и реактивной мощностями АД характеризует коэффициент мощности, который является важным энергетическим показателем АД. Величина коэффициента мощности АД при синусоидальных напряжениях и токах численно равна косинусу угла φ₁ сдвига фаз тока в обмотке статора по отношению к напряжению и определяется выражением

Характеристики

Список файлов лекций