§ 3.6. Естественная механическая характеристика 3-фазного асинхронного двигателя

Из курса электрических машин известно, что электромагнитный момент ТАД описывается выражением [Н*м]

М = , (***)

где m - число фазных обмоток статора (m = 3 );

р – число пар полюсов обмотки статора;

U - фазное напряжение обмотки статора, В;

R ' – приведенное активное сопротивление одной фазной обмотки ротора, Ом;

s – скольжение ротора;

f - частота тока питающей сети, Гц;

Х - индуктивное сопротивление одной фазной обмотки статора; Ом;

Х ' – приведенное индуктивное сопротивление одной фазной обмотки ротора, Ом;

Поскольку в правой части (***) все параметры, кроме скольжения s, есть величины постоянные, т.е. не изменяющиеся при изменении нагрузки на двигатель, это выражение представляет собой уравнение механической характеристики асинхронного двигателя,

т.е. зависимость М ( s ).

Из (***) следует:

1. электромагнитный момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату

напряжения питающей сети. Это означает, что асинхронные двигатели крайне чувствии

тельны к колебаниям напряжения судовой сети.

Действительно, например, при провале напряжения на 20%, что допускается Прави

лами Регистра при набросе 100% нагрузки на синхронный генератор, новые значения на

пряжения и электромагнитного момента составят соответственно:

U' = 0,8 U ; М' = ( M = 0,64 M ,

т.е. момент уменшится на 36%.

Это опасно, т.к. у механизмов, в которых электродвигатель преодолевает действие силы тяжести ( грузовые лебёдки, краны ), это может привести к реверсу электропривода, т.е. вместо подъёма произойдёт аварийный спуск.

У механизмов же, в которых электродвигатель преодолевает действие сил трения

( насосы, вентиляторы, компрессоры), это может привести к останов­ке электропривода, двигатель при этом перейдёт в режим стоянки под током.

График естественной механической характеристики асинхронного двигателя, построенный на основании уравнения ( *** ), показан на рис. 1.40.

Рис. 1.40. Естественная механическая характеристика асинхронного электродвигателя

На этой характеристике можно выделить характерные точки и участки:

1. точка А:

режим пуска, скольжение s = 1, двигатель развивает электромагнитный пусковой момент М , который больше статического момента механизма М , и поэтому начинает разго-

няться по участку АВ характеристики;

2. участок АВ: двигатель увеличивает скорость, скольжение s уменьшается, а элек

тромагнитный момент М увеличивается; этот процесс одновременного увеличения скоро-

сти и момента продолжается до т. В;

3. точка В: электродвигатель развивает критический ( максимальный ) момент

М . Этому моменту соответствует критическое скольжение, которое на практике состав

ляет s = 0,,1…0,2.

4. участок ВС:

поскольку в точке В критический момент М больше статического М , двига-

тель продолжает разгоняться по участку ВС характеристики до точки С.

При этом скорость увеличивается, скольжение s уменьшается, но, в отличие от участка АВ, электромагнитный момент М начинает уменьшаться вплоть до номинального момента М = М в точке С,

5. точка С: номинальный режим ; в этой точке убывающий электромагнитный мо-

мент двигателя М и статический момент механизма М сравняются, двигатель переста-

нет разгоняться и станет вращаться с неизменной скоростью ω . В этой точке скольже-

ние s =0,01…0,06, в зависимости от типа асинхронного двигателя;

6. участок СD: если сторонними, т.е. не электромагнитными, например, механиче

скими силами заставить ротор разгоняться дальше, электромагнитный момент продолжит уменьшаться, и в точке С исчезнет. Такое ускорение ротоа возможно при спуске груза,

когда ротор раскручивается под действием груза;

точка С : режим идеального холостого хода, или, иначе, синхронный режим, ско-

рости ротора и магнитного поля обмотки статора одинаковы ( ω = ω ), э.д.с. в роторе не индуктируется, поэтому ток и электромагнитный момент ротора равны 0.

Если и после точки 0 ротор продолжать разгонять сторонними силами, он будет вращаться быстрее магнитного поля обмотки статора ( n > n , например, со скоростью n =

= 1550 об/мин, что больше синхронной скорости n = 1500 об/мин ).

Скольжение ротора

s =

при n > n станет отрицательным, и двигатель перейдет в генераторный режим, возвращая электроэнергию в сеть. Знак электромагнитного момента двигателя изменится на обрат-

ный.

Поскольку при n > n отрицательны как скольжение s, так и электромагнитный мо

мент М, характеристика перейдет из 1-го квадранта в 3-й.

В этом квадранте асинхронный двигатель работает как асинхронный генератор в режиме рекуперативного торможения ( рекуперация – возвращение электроэнергии в сеть ).