Механическая характеристика асинхронного двигателя

Зависимость n ₂ = f (M), т.е. частоты вращения от нагрузки на валу имеет большое значение, как при выборе электропривода, так и при определении эксплуатационных возможностей двигателя. Как следует из рис. 9.12-А, частота вращения ротора незначительно снижается при увеличении вращающего момента в пределах от нуля до максимального значения (устойчивый режим работы). Механическую характеристику такого вида принято называть жесткой.

Для каждого АД можно определить номинальный режим, т. е. режим длительной работы, при котором обеспечиваются все его расчетные характеристики, и он не перегревается сверх температу­ры, определяемой качеством (классом) изоляции обмоток.

Момент М_н, соответствующий номинальному режиму, называют номинальным моментом, а соответствующее ему скольжение — но­минальным скольжением S_Н. Номинальная частота вращения ротора находится при этом из выражения

п_2н = п ₁ (1 — S _н), где n ₁ — частота вращения магнитного поля статора (синхронная частота вращения).

Максимальным, критическим или опрокидывающим моментом считается момент, соответствующий точке К на рис. 9.12-А.

При перегрузке свыше М_к двигатель входит в область неустой­чивого режима и останавливается. Это обстоятельство вынуждает выбирать мощность двигателя так, чтобы даже при кратковремен­ной перегрузке не был превышен максимальный момент.

Работа асинхронной машины будет надежной, если она облада­ет определенной перегрузочной способностью, которая выражает­ся отношением K_M = М_к/М_н.

Рис. 9.12-А Механическая характеристика асинхронного двигателя (1) и вентилятора (2)

Этот  коэффициент, изменяющийся в пределах обычно 1,8-2,8определяет значение критического скольжения S_к двигателя, т.е. скольжения, соответствующего максимальному моменту:

).

При включении статорной обмотки в сеть ее магнитное поле, не обладая инерцией, начинает вращаться с синхронной частотой n ₁, а ротор под влиянием сил инерции остается неподвижным (п₂ = 0). Из соотношения п₂ = n ₁ (1— S) следует, что в момент пуска S = 1, а момент двигателя равен пусковому моменту М_н.

Под его действием ротор начинает вращаться, при этом сколь­жение уменьшается, а вращающий момент растет до М_к, который достигается при критическом скольжении S_K (см.рис. 9.12-A. Даль­нейшее нарастание частоты вращения (уменьшение S) приводит к уменьшению М, который будет убывать до установившегося значе­ния, равного противодействующему моменту, приложенному к ротору двигателя. Если этот момент соответствует номинальной нагрузке двигателя, установившийся режим работы машины определяется точ­кой А на механической характеристике с координатами М = М_н и n ₂ = n _н....

Для построения механической характеристики трехфазного асинхронного двигателя, выбранного для производственного меха­низма, используют его каталожные данные п_н, М_к/М_н, п₁,Р_2н и со­отношения:

Вначале определяют величины номинальных скольжений  и момента М_н, а также критического момента . Затем из приведен­ного выше соотношения находят критическое скольжение S_K.

Непосредственный расчет характеристики в виде зависимости n₂=f ( М) ведется с использованием выражения для определения ча­стоты вращения п₂ и формулы Клосса:

;

При этом задают (с небольшим шагом, например 0,05) различ­ные значения скольжения S в пределах от 1 (момент запуска) до 0 (идеальный холостой ход двигателя) и вычисляют величины часто­ты вращения ротора п₂ и моменты М на валу двигателя, им соответ­ствующие. Результаты расчета удобно свести в таблицу.

По полученным данным строится механическая характеристика п₂ =f(M). Отметим, что расчет с использованием формулы Клосса дает хорошее приближение в рабочей части характеристики, т. е. для п₂, изменяющейся от п₁ до n _к.

 Однако пусковая часть зависимости n₂=f (М) описывается этой формулой с погрешностью. Более точ­но величину пускового момента М_п определяют по каталожным дан­ным из соотношения М_п/М_к.

Для правильного выбора и экономичной эксплуатации электро­привода необходимо рассматривать характеристики не только элек­тродвигателя, но и производственного механизма. При этом следу­ет установить, насколько механические свойства электродвигателя соответствуют механическим характеристикам производственного механизма (ПМ).

Сопоставление механических характеристик приводного электро­двигателя и производственного механизма позволяет оценить соот­ветствие электропривода этому механизму и определить параметры того режима, в котором будет работать система «электродвигатель — приводной механизм» (частота вращения, вращающий момент дви­гателя, его мощность в этом режиме, величина потребляемой из сети энергии и др.).

Механические характеристики двигателя и ПМ при этом строят в одних и тех же осях. Координаты точки пересечения этих кривых и характеризуют рабочий режим системы. На рис. 9.12-А в качестве примера приведены механические характеристики АД и вентилято­ра, работающего в продолжительном режиме с постоянной нагруз­кой. По координатам их точки пересечения В можно определить частоту вращения п_р ротора двигателя, а следовательно, и вала ПМ в рабочем режиме, найти вращающий момент приводного двигате­ля М_р, по величине которого вычислить и другие параметры рабо­чего режима. Например, значение мощности на валу приводного электродвигателя можно получить из выражения:

Р_а = 0,105 М_рп_р.

С учетом того, что активная мощность Р_х подводится к обмот­кам статора от сети, она определяется соотношением Р_х = Р₂/η, где η \ - КПД электродвигателя.

Можно подсчитать количество электроэнергии, потребляемой им из сети за определенный промежуток времени t:. W= Р₁t.