Энергетический показатель асинхронного двигателя.

; .

Из первой формулы следует, что с увеличением активного сопротивления в цепи ротора, КПД ротора снижается:

; ; ;

; ; .

Коэффициент мощности (из схемы замещения):

;

; .

cosj’ – коэффициент мощности без учета контура намагничивания;

cosj₁ – коэффициент мощности с учетом контура намагничивания определяют из векторной диаграммы.

.

Тормозные режимы.

Асинхронный двигатель работает в тех же тормозных режимах, что и двигатель постоянного тока: рекуперативного торможения, торможения противовключения, динамического торможения с самовозбуждением, динамического торможения с независимым возбуждением.

Рекуперативное торможение. Этот режим имеет место при скоростях w>w₀.

Или при отрицательном скольжении S<0. Он возникает при приложении к валу асинхронного двигателя активно движущегося момента, который вращает ротор двигателя в ту же сторону, что и в двигательном режиме.

Из векторной диаграммы видно, что активная составляющая тока статора I₁ представляет из себя проекцию вектора тока I₁ на вектор U_ф, и будет направлена навстречу напряжению, что говорит о рекуперации энергии в сеть. В то же время рекуперативная составляющая тока совпадает с вектором напряжения из чего следует, что асинхронный двигатель потребляет реактивную энергию. С ростом скорости угол j₂ растет, а j₁ уменьшается.

При скольжении S_гм=-1/а эти углы становятся равными p/2, а активная составляющая тока ротора и статора становится равной нулю. В этой точке реализуется режим динамического торможения, при скольжении по модулю ½S½>½S_гм½ рекуперация энергии отсутствует. Для малых машин это позволяет осуществить рекуперацию в сеть при скольжении меньше S_гм, для крупных машин это ограничение не существенно поскольку½S_гм½®¥.

КПД в рекуперативном торможении

.

КПД в генераторном режиме h_г>h_дв.

В рекуперативном режиме механическая характеристика является продолжением характеристики двигательного режима.

Критический момент в генераторном режиме больше, чем в двигательном режиме.

Режим противовключения. Он возможен при изменении чередования фаз питающего напряжения или когда ротор асинхронного двигателя движется под действием активного момента, который больше момента короткого замыкания двигателя в сторону противоположную вращению ротора.

Так как ротор двигателя в режиме противовключения вращается в обратную сторону по отношению к вращению статора, то скольжение будет равно

При этом существует определенное скольжение на двигательном и тормозном режиме, который выражается следующими соотношениями:

Так как скольжение больше 1, то в режиме противовключения возникают большие токи и моменты. Для ограничения токов необходимо включить в ротор дополнительное сопротивление.

Следует заметить, что дополнительное сопротивление также способствует увеличению коэффициента мощности и момента.

.

Обычно R’₂ в относительных единицах равно 0,8¸1,3.

.

Динамическое торможение. Для реализации динамического торможения асинхронного двигателя обмотка его статора отключается от сети переменного тока и подключается к источнику постоянного тока.

При включении контакта Т и при отключении контакта Л в обмотке статора протекает постоянный ток, который создает неподвижное относительно статора магнитное поле. При вращении ротора это поле индуктирует в обмотке ротора ЭДС частота, которого пропорциональна скорости вращения ротора. ЭДС вызывает в обмотке ротора ток. Созданная этим током намагничивающая сила вращается относительно ротора, но неподвижна относительно статора. Взаимодействие тока ротора с неподвижным магнитным полем приводит к созданию тормозного момента. Асинхронный двигатель в режиме динамического торможения представляет из себя синхронный генератор, нагрузкой которого является сопротивление ротора, однако синтез процессов динамического торможения проще и удобнее рассматривать, представляя асинхронную машину. Идеализированная машина переменного тока по обмоткам статора которой протекает трехфазный симметричный переменный ток с частотой f₁, а сам статор вращается со скоростью в направлении обратном направлению вращения поля. При этом скорость магнитного поля будет равна 0, как и в реальной машине при динамическом торможении. При динамическом торможении ток обмотки статора не зависит от параметров машины, а зависит от питания источника статора, но при переходе к идеализированной машине переменного тока считают, что статор питается от источника тока с частотой f_1, в этом случае схема замещения будет следующая:

При переходе с идеализированной машины переменного тока считаем, что обмотка статора, получающая питание от симметричной сети переменного тока, создает такую же намагничивающую силу, что и постоянный ток, при этом амплитуда намагничивающих сил, создаваемая переменным током, равна амплитуде намагничивающих сил создаваемых постоянным током F=F_н; , I₁ – действующее значение тока статора, W₁ – число витков в обмотке статора.

При переходе к динамическому торможению необходимо, чтобы ток был равен эквивалентному току .

Соотношение между эквивалентным по намагничивающей силе переменным током I_экв и эквивалентным постоянным током I_н определяется схемой соединения обмоток статора при динамическом торможении. Наиболее часто употребляют схемы соединения обмоток статора следующие:

Наиболее просто реализованы схемы а и в.С точки зрения намагничивания все схемы приблизительно равны.

Поскольку идеальная двухфазная машина питается от источника тока, то намагничивающий ток резко меняется при изменении скольжения

Чем выше скорость, скольжение стремится к бесконечности и под действием реакции тока ротора асинхронный двигатель размагничивается.

S – скольжение.

При скольжении равном нулю машина насыщена, асинхронный двигатель находится в насыщенном состоянии I_m=I_экв.

С ростом скорости угол растет, растет ток I’₂ Двигатель размагничивается.

Получили, что магнитная цепь непостоянна, поэтому приходится учитывать кривую намагничивания. Мы считаем, что машина не насыщаема. Можно считать, что магнитная цепь не насыщаема, когда m<0,4I_экв.

Поскольку Х_m=f(I_m) ,то рассчетную механическую и электромеханическую характеристику динамического торможения необходимо получить с учетом кривой намагничивания.

;

; ; ;

- электромеханическая характеристика.

; ; ; ; .

Если принять, что Х_m=const, то можно привести к упрощенной формуле Клосса:

.

Графики механических характеристик:

I_n=const; I_n2>I_n1.

Критическое скольжение при динамическом торможении значительно меньше, чем в обычной схеме включения, так как Х_m0>>>Х_кз, кроме того, если даже Х_mI_m=U_ф, а так как тормозной момент М_дтк<М_пр в обычных схемах. В связи с этим обычно принимают I_экв=(2¸4)I_m0.

Динамическое торможение с самовозбуждением. Может быть конденсаторное и для асинхронного двигателя с фазным ротором. Возможен режим динамического торможения с самовозбуждением с подпиткой статора от ротора через выпрямительный мост.

1) 2) 3)