Трехфазного асинхронного двигателя. Электрическая комплексная мощность трехфазного асинхронного двигателя, как приемника электрической энергии,

Электрическая комплексная мощность трехфазного асинхронного двигателя, как приемника электрической энергии,

(4.5)

где P_Э – активная мощность, определяющая среднюю мощность необратимого преобразования электрической энергии в двигателе (в основном – в механическую и тепловую); Q_Э – реактивная мощность или мощность обмена энергии между источником и магнитным полем двигателя; U_Л и I_Л – линейные напряжение, ток.

Активная электрическая мощность Р_Э может быть представлена как

Р_Э = Р_С + Р_ПР.СТ + Р_ЭМ , (4.6)

где Р_С – потери в магнитопроводах (вихревые токи, гистерезис); Р_ПР.СТ – потери на нагрев проводов обмоток статора; Р_ЭМ - электромагнитная мощность двигателя. В свою очередь

Р_ЭМ = Р_ВЫХ + Р_МП + Р_ПР.Р , (4.7)

где Р_ВЫХ – полезная выходная (механическая) мощность двигателя; Р_МП – мощность механических потерь (трение в подшипниках, воздушное трение); Р_ПР.Р - потери на нагрев проводов обмоток ротора.

Коэффициентом полезного действия (КПД) асинхронного двигателя называют отношение полезной механической мощности на валу двигателя к активной мощности потребления электрической энергии из сети:

η = Р_ВЫХ / Р_Э. (4.8)

У современных асинхронных двигателей η = 0,8…0,95.

Коэффициент мощности

(4.9)

Значение соsφ асинхронного двигателя зависит от нагрузки. При отсутствии нагрузки соsφ = 0,1…0,15, при номинальной нагрузке соsφ = 0,8…0,95.

Вращающий момент асинхронного двигателя

М_ВР = К_М Ф_В I_Ра, , (4.10)

где К_М – постоянный для данного двигателя коэффициент, учитывающий число пар полюсов магнитного поля статора р и скольжение S; Ф_В – магнитный поток вращающегося поля статора; I_Ра, - активная составляющая тока ротора.

Механическая характеристика n = f(М_ВР) асинхронного двигателя приведена на рис.4.3. Если механическая характеристика построена для нормальных условий работы двигателя, то она называется естественной механической характеристикой. На самой характеристике можно выделить пять характерных точек.

Первая точка: ее координаты (0;п₀) т. е. М = 0, п = п₀ – берутся из технических данных двигателя.

Вторая точка: (М_Н; п_Н ).

Номинальный вращающий момент определяется формулой:

; Н×м (4.11)

Значение номинальной частоты вращения п_Н берется из технических данных двигателя.

Третья точка: (М_КР; п_КР). Критический (максимальный) вращающий момент

М_КР ≈ 2,2 М_Н , (4.12)

Максимальный момент определяет перегрузочную способность двигателя. При длительной перегрузке, когда тормозящий момент превышает М_КР, двигатель останавливается.

Отношение М_КР/М_Н называется перегрузочной способностью двигателя. Она зависит от квадрата напряжения сети (U ²). Так, при снижении напряжения на 10%, до 0,9 U_НОМ , вращающий момент снизится до значения 0,81 М_НОМ . Нагруженный двигатель может остановиться.

Моменту М_КР соответствует критическая угловая скорость

,об/мин (4.13)

где S_КР – критическое скольжение.

, (4.14)

где ; .

Рис.4.3 – Механическая характеристика асинхронного двигателя

Четвертая точка: (М_МИН ; п_МИН ). Для большинства двигателей п_МИН ≈ 0,143 п₀ . Минимальный вращающий момент двигателя определяется скольжением:

(4.15)

где .

Пятая точка: (М_ПУСК; 0). . Коэффициент К_ПУСК приводится в технических данных двигателя.

Искусственную механическую характеристику получают в двигателях с фазным ротором, когда в цепь катушек ротора включены реостаты (Рис.4.4, зависимость 1). Это дает возможность улучшить условия пуска – снизить пусковой ток и увеличить начальный пусковой момент М_{ПУСК 1}.

Механическая характеристика наглядно отражает основные свойства асинхронного двигателя как части электропривода.

Рис.4.4 – Механические характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором

Для более полного описания свойств двигателя используются рабочие характеристики - зависимости основных технических параметров двигателя от его механической мощности на валу:

n = f(Р_ВЫХ);

М_ВР = f(Р_ВЫХ);

I_Л = f(Р_ВЫХ);

соsφ=f(Р_ВЫХ);

η= f(Р_ВЫХ).

Эти характеристики снимают при постоянном напряжении в сети и представляют графически в относительных единицах.

Важным параметром двигателя является также кратность пускового тока К_П, под которым понимают отношение пускового тока двигателя I_П к его номинальному току I_H.

К_П = I_П / I_H.

С учетом величины К_П выбираются аппараты управления и защиты электродвигателей.