Глава 7. Механическая характеристика асинхронного двигателя

Построение механической характеристики асинхронных двигателей по паспортным и каталожным данным обычно осуществляется по приближенной формуле:

.

Эта формула дает достаточно точные результаты при изменении скольжения от нуля до критического значения. Но при достаточно больших скольжениях (0,5 и более) погрешность большая.

Поэтому построение рационально делать по следующим точкам:

1) S = 0, M = 0; 2) S = S_н, М = М_н; 3) S = S_кр, M = M_кр; затем задаться двумя значениями скольжения немного меньше и больше критического и рассчитать значения крутящего момента для них. И, наконец, при S = 1 имеем М = М_пуск.

Максимальный и пусковой моменты рассчитываются по их кратно­сти по отношению к номинальному моменту (М_пуск /М_н, M_кр /M_н), которые приводятся в каталожных данных. Номинальный момент опре­деляется по паспортным данным двигателя:

М_н = Р_н ∙ ω_н,

где Р_н – номинальная мощность;

ω_н = πп_н/30 – номинальная угловая частота вращения, с^-1;

п_н – номинальная частота вращения, об/мин.

По паспортным и каталожным данным двигателя можно оп­ределить не только его механическую характеристику, но и электри­ческие параметры, которые необходимо знать для выбора сечения проводов, пусковой и защитной аппаратуры:

1) потребляемую мощность Р₁:

,

где η_н – номинальный КПД двигателя;

2) потери мощности (∆Р):

∆Р = Р₁ – Р_н = ;

3) номинальный ток I_н:

;

4) пусковой ток I_пуск:

I_пуск = к_i ∙ I_н,

где к_i = I_пуск /I_н – кратность пускового тока (каталожные данные).

По общему виду механической характеристики можно отметить основные ее свойства.

На участке 1-2-4 (примерно до 0,8 М_кр) характеристика жесткая, т.е. при изменении нагрузки (момента) частота вращения снижается незначительно. Этот участок является рабочей частью характеристики. Работая на нем, двигатель может значительно перегружаться по моменту (по сравнению с номинальным). При этом надо иметь в виду, что момент двигателя пропорционален квадрату напряжения. При снижении напряжения сети на 10%, что допустимо нормами, его момент будет составлять (0,9)² расчетного момента, т.е. уменьшится почти на 20% и двигатель может «опрокинуться» при работе под нагрузкой или не запуститься при пуске из-за соответствующего снижения пускового момента.

Недостатком асинхронного короткозамкнутого двигателя является то, что пусковой ток в 5-7 раз превышает номинальный, что ухудшает условия пуска и работу защитных устройств, от коротких замыканий, т.к. приходится минимум в два раза завышать их ток срабатывания, чтобы избежать ложное срабатывание защиты при пуске двигателя.

Примеры решения задач

7.1. Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором питается от сети с линейным напряжением 380 В. Величины, характеризующие номинальный режим электродвигателя: мощность на валу P_2н; частота вращения ротора n_2н; коэффициент мощности cos_1н; КПД _н. Обмотки фаз статора соединены по схеме «звезда». Кратность критического момента относительно номинального

К_кр = М_кр /М_н.

Определить: а) номинальный и пусковой токи; б) номинальный, критический момент; в) пользуясь формулой критический и пусковой моменты:

;

Построить механическую характеристику двигателя.

ж) значения моментов, соответствующие значениям скольжения: S_н; S_k; 0,1; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0 (по формуле п. е.); з) пусковой момент при снижении напряжения в сети на 10 %. Построить механическую характеристику электродвигателя n = f(М).

Дано: Двигатель 4А112М2, Р_н = 7,5 кВт, η_н = 87,5, cosφ_н = 0,88, S_н = 2,5, S_кр=17.

, , .

1. Определим номинальный ток в фазе обмотки статора:

2. Число пар полюсов обмотки статора указано в обозначении типа двигателя и равно: 2р = 2, р = 1.

3. Номинальное и критическое скольжение (из таблицы): S_н = 0,025; S_kр=0,17.

4. Номинальный момент на валу:

;

п = п₁(1 – S_н),

где n₁ – частота вращения магнитного поля статора, определяемая по формуле:

где р – число пар полюсов (для нашего двигателя р = 1),

f – частота тока (50 Гц)

имеем

п_н = 3000(1 – 0,025) = 2925 об/мин.;

.

5. Максимальный (критический) момент:

;

М_кр = М_н · К_кр;

М_кр = 24,5 • 2,8 = 68,9 Н∙м.

6. Пусковой момент:

;

М_пуск = М_н · К_пуск, М_пуск = 24,5 · 2 = 49 Н∙м.

При снижении напряжения в сети на 10 % (при U = 0,9 ∙ U_н) имеем:

.

7. Построим механическую характеристику: S = φ(М).

8. ; М_кр = 68,6 Н∙м; S_н = 0,025; S_kр = 0,17; 2М_кр= 137,2 Н∙м.

Типоразмер электродвигателя	Основные технические данные электродвигателей
	Мощность Pн, кВт	КПД н, %	Коэффициент мощности cosн	Номинальное скольжение Sн, %	Критическое скольжение Skр, %	Кратность пускового тока Iпуск / Iн	Кратность пускового момента Mпуск / Mн	Перегрузочная способность Mмакс / Mн
4А112M2	7,5	87,5	0,88	2,5	17,0	7,5	2,0	2,8

Р е ш е н и е:

S	0	Sн = 0,025	0,1	Sкр = 0,17	0,2	1
М, Н∙м	0	Мн = 24,5	60	68,6	67,6	Мпуск = 49

Рис. 7.1

Приложение