Vikupautomsk.ru

Выкуп Авто МСК
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое полезная механическая мощность асинхронного двигателя

Что такое полезная механическая мощность асинхронного двигателя

Энергетический баланс асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель потребляет из сети активную и реактивную мощность. Рассмотрим каждую из них.

Часть этой мощности теряется в виде электрических потерь в активном сопротивлении обмотки

часть – в виде магнитных потерь в магнитопроводе статора

Оставшаяся часть мощности

представляет собой электромагнитную мощность, передаваемую с помощью магнитного поля из статора в ротор. На схеме замещения (рис. 11.6 в) этой мощности соответствует мощность, пропорциональная активному сопротивлению . Поэтому

Другая часть этой мощности теряется в виде электрических потерь в активном сопротивлении обмотки ротора

Остальная часть электромагнитной мощности преобразуется в механическую мощность ротора

или, с учетом уравнений (11.30) и (11.31)

Полезная механическая мощность на валу двигателя меньше механической мощности на величину механических и добавочных потерь

Из уравнений (11.30)…(11.32) следует, что

Таким образом, активная мощность представляет собой среднюю мощность преобразования в двигателе электрической энергии, потребляемой из сети, в механическую, тепловую и другие виды энергии. Процесс преобразований активной энергии в режиме двигателя изображен на рис. 11.8 а в виде энергетической диаграммы.

Сумма потерь в двигателе

вычитается из потребляемой мощности и определяет полезную мощность на валу

Непременным условием работы асинхронного двигателя является потребление реактивной мощности

Часть этой мощности расходуется на создание магнитных полей рассеяния

расходуется на создание основного магнитного потока, а мощность

расходуется на создание полей рассеяния в роторе.

Диаграмма реактивных мощностей изображена на рис. 11.8 б.

Электромагнитная мощность равна произведению электромагнитного вращающего момента и угловой скорости вращения магнитного потока

Механическая мощность на валу ротора равна произведению момента на угловую скорость вращения ротора

Как следует из рис. 11.8, разность электромагнитной и механической мощностей, затрачиваемая на электрические потери в активном сопротивлении ротора,

Учитывая (11.31), получим

Из векторной диаграммы для ротора (рис. 11.9) получаем

Формула для вращающего момента приобретает вид

где – постоянный коэффициент.

Из (11.42) следует, что вращающий момент пропорционален произведению магнитного потока и активной составляющей тока ротора. Для определения момента через параметры двигателя выразим ток из схемы рис. 11.6 в без учета тока холостого хода

и через параметры ротора

Подставив последнее соотношение в (11.42) с учетом

где – число витков ротора на одну фазу статора (число фаз = 3); р – число пар полюсов; , получаем

Согласно (11.43) электромагнитный момент при любом скольжении пропорционален квадрату напряжения фазы статора и тем меньше, чем больше и индуктивное сопротивление машины .

Графическая зависимость показана на рис. 11.10.

Характерными точками для режима двигателя являются:

режим холостого хода: = 0, = 0;

номинальный режим: =0,02…0,06, ;

режим максимального (критического) момента: , ;

режим пуска: = 1,0, .

Максимум вращающего момента разделяет кривую на устойчивую часть от = 0 до и неустойчивую – от до = 1. Увеличение тормозного момента выше максимального ведет к остановке двигателя.

Максимальный момент и критическое скольжение можно выразить через параметры машины, приравняв к нулю первую производную по (11.43)

В этих соотношениях знак плюс относится к двигательному, знак минус – к генераторному режиму работы. Напомним, что формулы получены без учета активного сопротивления обмотки статора.

Путем преобразования уравнения (11.43) с учетом (11.44) и (11.45) получим формулу момента в относительных единицах

11.11. Механическая характеристика

Механической характеристикой двигателя называется зависимость частоты вращения ротора от момента на валу . Так как при нагрузке момент холостого хода мал, то и механическая характеристика представляется зависимостью . Если учесть взаимосвязь , то механическую характеристику можно получить из (11.43) или (11.46), представив ее графическую зависимость в координатах и (рис. 11.11).

Пример 11.1. Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором питается от сети с напряжением = 380 В при = 50 Гц. Параметры двигателя: = 14 кВт, = 960 об/мин, = 0,85, = 0,88, кратность максимального момента = 1,8.

Определить: номинальный ток в фазе обмотки статора, число пар полюсов, номинальное скольжение, номинальный момент на валу, критический момент, критическое скольжение и построить механическую характеристику.

Решение. Номинальная мощность, потребляемая из сети

Номинальный ток, потребляемый из сети

Число пар полюсов

где = 1000 – синхронная частота вращения, ближайшая к номинальной частоте = 960 об/мин.

Номинальный момент на валу двигателя

Критическое скольжение находим по (11.46), подставив , и

Для построения механической характеристики с помощью определим характерные точки: точка холостого хода = 0, = 1000 об/мин, = 0, точка номинального режима = 0,04, = 960 об/мин, = 139,3 Н·м и точка критического режима = 0,132, = 868 об/мин, =250,7 Н·м.

Читать еще:  Chrysler 300c какое масло в двигатель

Для точки пускового режима = 1, = 0 из (11.46) находим

По полученным данным строят механическую характеристику. Для более точного построения следует увеличить число расчетных точек и для заданных скольжений по (11.46) определить моменты, а по (11.4) – частоту вращения.

Что такое полезная механическая мощность асинхронного двигателя

Энергетический баланс асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель потребляет из сети активную и реактивную мощность. Рассмотрим каждую из них.

(11.26)

Часть этой мощности теряется в виде электрических потерь в активном сопротивлении обмотки

, (11.27)

часть – в виде магнитных потерь в магнитопроводе статора

. (11.28)

Оставшаяся часть мощности

(11.29)

представляет собой электромагнитную мощность, передаваемую с помощью магнитного поля из статора в ротор. На схеме замещения (рис. 11.6 в) этой мощности соответствует мощность, пропорциональная активному сопротивлению . Поэтому

. (11.30)

Другая часть этой мощности теряется в виде электрических потерь в активном сопротивлении обмотки ротора

. (11.31)

Остальная часть электромагнитной мощности преобразуется в механическую мощность ротора

(11.32)

или, с учетом уравнений (11.30) и (11.31)

. (11.33)

Полезная механическая мощность на валу двигателя меньше механической мощности на величину механических и добавочных потерь

. (11.34)

Из уравнений (11.30)…(11.32) следует, что

, (11.35)

. (11.36)

Таким образом, активная мощность представляет собой среднюю мощность преобразования в двигателе электрической энергии, потребляемой из сети, в механическую, тепловую и другие виды энергии. Процесс преобразований активной энергии в режиме двигателя изображен на рис. 11.8 а в виде энергетической диаграммы.

Сумма потерь в двигателе

вычитается из потребляемой мощности и определяет полезную мощность на валу

.

. (11.37)

Непременным условием работы асинхронного двигателя является потребление реактивной мощности

. (11.38)

Часть этой мощности расходуется на создание магнитных полей рассеяния

. (11.39)

(11.40)

расходуется на создание основного магнитного потока, а мощность

(11.41)

расходуется на создание полей рассеяния в роторе.

Диаграмма реактивных мощностей изображена на рис. 11.8 б.

Основные характеристики ферромагнитных материалов

У ферромагнитных материалов μr не является постоянной величиной (зависит от величины Н и В),поэтому ею характеризовать эти материалы очень трудно. Еще русский ученый А.Г.Столетов показал, что свойства ферромагнитных материалов нужно характеризовать зависимостью между В и Н. Эта зависимость не имеет точного аналитического выражения. Для каждого ферромагнитного материала её определяют опытным путем и приводят в справочниках в виде таблиц или графиков. Различают два основных типа зависимостей В(Н) – кривые намагничивания и гистерезисные петли. Под кривыми намагничивания понимают однозначные зависимости между В и Н.

Из курса физики известно, что ферромагнитным материалам присуще явление гистерезиса. Под ним понимают явление отставания изменения В от изменения Н. Гистерезис выражается в том, что при периодическом изменении Н зависимость В(Н) приобретает петлеобразный характер (рис.2.11). Значения индукции при Н=0 называются остаточной индукцией и обозначаются Вr . Значения напряженности при В=0 называются задерживающей или коэрцитивной силой и обозначаются Нс. Часть петли гистерезиса, лежащая во втором квадранте (от 0; -Нс до Вr; 0) называется кривой размагничивания или «спинкой» гистерезисной петли (используется при расчете постоянных магнитов). Геометрическое место вершин гистерезисных петель при различных значениях Нmax называется основной кривой намагничивания.

Если предварительно размагниченный материал (В=0, Н=0) намагничивать, монотонно увеличивая Н, то полученная в этом случае зависимость В(Н) называется начальной кривой намагничивания. Начальная и основная кривые намагничивания отличаются, но незначительно. ГОСТом нормируется основная кривая намагничивания.

Все ферромагнитные материалы разделяются на две группы: магнитномягкие и магнитнотвердые. Магнитномягкие материалы обладают круто поднимающейся основной кривой намагничивания и малыми площадями гистерезисных петель. Они применяются во всех устройствах, работающих при переменном токе (генераторы, электродвигатели, трансформаторы, катушки индуктивности и т.д.). К этим материалам относятся электротехнические стали и сплавы типа «пермаллой».

Магнитотвердые материалы обладают полого поднимающейся основной кривой намагничивания и большими площадями гистерезисных петель. К ним относятся углеродистые стали, а также специальные сплавы с добавками вольфрама, платины, магния и т.д. Из таких материалов изготавливают постоянные магниты.

Рабочие характеристики асинхронного двигателя

§ 94. РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Рабочие характеристики асинхронного двигателя представляют собой зависимости скольжения S, числа оборотов ротора n2, раз­виваемого момента М, потребляемого тока I1, расходуемой мощности Р1, коэффициента мощности соs j и к. п. д. η от полезной мощности Р2 на валу машины. Эти характеристики (рис. 115) снимаются три естественных условиях работы двигателя, т. е. двигатель нерегулируемый, частота f1 и напряжение U1 се­ти остаются постоянными, а изменяется только нагрузка на валу двигателя.

Читать еще:  Ford scorpio масло в двигатель сколько

При увеличении нагрузки на валу двигателя скольжение возрастет, причем при боль­ших нагрузках скольжение увеличивается несколько быст­рее, чем при малых.

При холостом ходе двигателя п2=n1 или S=0.

При номинальной нагрузке скольжение обычно составляет S = 3-5%.

Скорость вращения ротора

Так как при увеличении нагрузки на валу двигателя скольжение возрастает, то число оборотов будет уменьшаться. Однако из­менение скорости вращения при увеличении нагрузки от 0 до номи­нальной очень незначительно и не превышает 5%. Поэтому скоро­стная характеристика асинхронного двигателя является жесткой — она имеет очень малый наклон к горизонтальной оси.

Вращающий момент, развиваемый двигателем М, уравновешен тормозным моментом на валу М2 и моментом, идущим на преодоление механических потерь М, т. е.

где Р2 — полезная мощность двигателя,

W2 — угловая скорость ротора.

При холостом ходе двигателя вращающий момент равен М; с увеличением нагрузки на валу этот момент также увеличивается, причем за счет некоторого уменьшения скорости ротора увеличение вращающего момента происходит быстрее, чем увеличение полезной мощности на валу.

Сила тока I1 потребляемого двигателем из сети, неравномерно изменяется с увеличением нагрузки на валу двигателя. При холо­стом ходе соs j мал и ток имеет большую реактивную составляю­щую и очень малую активную составляющую. При малых нагруз­ках на валу двигателя активная составляющая тока статора меньше реактивной составляющей, а потому изменение нагрузки, т. е. изменение активной составляющей тока, вызывает незначитель­ное изменение силы тока I1 (определяющейся в основном реактивной составляющей). При больших нагрузках активная составляющая тока статора становится больше реактивной и изменение нагрузки вызывает значительное изменение силы тока I1..

Потребляемая двигателем мощность Р1 при графическом изоб­ражении имеет вид почти прямой линии, незначительно отклоняю­щейся вверх при больших нагрузках, что объясняется увеличением потерь в обмотках статора и ротора с увеличением нагрузки.

Изменение коэффициента мощности при изменении нагрузки на валу двигателя происходит следующим образом. При холостом ходе соsj мал (порядка 0,2), так как активная составляющая тока ста­тора, обусловленная потерями мощности в машине, мала по срав­нению с реактивной составляющей этого тока, создающей магнит­ный поток. При увеличении нагрузки на валу соsj возрастает (достигая наибольшего значения 0,8—0,9) в результате увеличе­ния активной составляющей тока статора. При очень больших на­грузках происходит некоторое уменьшение соsj, так как вследствие значительного увеличения скольжения и частоты тока в роторе возрастает реактивное сопротивление обмотки ротора.

Кривая к. п. д. т) имеет такой же вид, как в любой машине или трансформаторе. При холостом ходе к. п. д. равен нулю. С увели­чением нагрузки на валу двигателя к. п. д. резко увеличивается, а затем уменьшается. Наибольшего значения к. п. д. достигает при такой нагрузке, когда потери мощности в стали и механические потери, не зависящие от нагрузки, равны потерям мощности в обмотках статора и ротора, зависящим от нагрузки.

УСТРОЙСТВО ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ПОВЫШЕННОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ МОЩНОСТИ

Настоящее изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в трехфазных асинхронных электрических машинах с возбуждением ротора от постоянных магнитов. Устройство трехфазного асинхронного двигателя содержит статор с симметричной трехфазной двухслойной обмоткой и ротор с короткозамкнутой обмоткой и двумя диаметрально расположенными пазами, в которых размещены встречно направленные радиально намагниченные постоянные магниты из сплава NdFeB. Технический результат состоит в увеличении удельной мощности и повышении электромагнитного момента электродвигателя. 2 ил.

Устройство трехфазного асинхронного двигателя повышенной механической мощности с возбуждением ротора от постоянных магнитов из сплава NdFeB, отличающееся тем, что содержит статор асинхронного двигателя, включающий сердечник статора в виде полого цилиндра с размещенной в пазах на его внутренней поверхности симметричной трехфазной двухслойной обмоткой, рабочие участки катушек которой расположены вдоль оси электродвигателя, и ротор с короткозамкнутой обмоткой и двумя встречно направленными радиально намагниченными постоянными магнитами из сплава NdFeB, размещенными в диаметрально расположенных пазах.

Настоящее изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в трехфазных асинхронных электрических машинах с возбуждением ротора от постоянных магнитов из сплава NdFeB.

Из существующего уровня техники широко известны и наиболее распространены асинхронные трехфазные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Асинхронный электродвигатель возбуждается переменным током, который, как правило, подводится к электродвигателю от сети переменного тока.

Известен электродвигатель переменного тока, содержащий статор с обмоткой, ротор с короткозамкнутой обмоткой, выполненной в виде беличьей клетки, и вал с подшипниковыми опорами (см. авт. св. СССР N 1053229, кл. H02K 17/00,1983).

Читать еще:  Влияет ли катализатор на обороты двигателя

Конструкции асинхронных двигателей описаны в книге М.М. Кацмана «Электрические машины и трансформаторы», раздел IV. М.: Высшая школа, 1961 г.

Технический результат, на достижение которого направлено настоящее изобретение, состоит в повышении эффективности работы статорной обмотки с улучшенным гармоническим составом (МДС), пониженным рассеиванием, оптимальными электромагнитными параметрами и уменьшением токовой нагрузки, создании трехфазных электрических двигателей с увеличенной полезной механической мощностью, развиваемой двигателем по отношению к потребляемой электрической мощности.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании асинхронного электродвигателя с максимально возможным удельным электромагнитным моментом и максимальной эффективностью двигателя, определяемой как отношения полезной механической мощности к потребляемой электрической мощности.

Данная задача решается за счет того, что заявленное устройство трехфазного асинхронного двигателя повышенной механической мощности с возбуждением ротора от постоянных магнитов из сплава NdFeB отличается тем, что содержит статор асинхронного двигателя, включающий сердечник статора в виде полого цилиндра с размещенной в пазах на его внутренней поверхности симметричной трехфазной двухслойной обмоткой, рабочие участки катушек которой расположены вдоль оси электродвигателя, и ротор с короткозамкнутой обмоткой и двумя встречно направленными радиально намагниченными постоянными магнитами из сплава NdFeB, размещенными в диаметрально расположенных пазах.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых приняты следующие обозначения.

На фиг. 1 Устройство трехфазного асинхронного двигателя повышенной механической мощности с возбуждением ротора от постоянных магнитов из сплава NdFeB:

1 — сердечник статора асинхронного двигателя; 2 — вентиляционные отверстия;

3 — полюса возбуждения ротора; 4 — симметричная трехфазная двухслойная обмотка статора; 5 — короткозамкнутый ротор с алюминиевой литой обмоткой.

На фиг. 2 Ротор с короткозамкнутой обмоткой и двумя постоянными магнитами из сплава NdFeB:

3 — полюса возбуждения ротора; 6 — алюминиевая литая обмотка; 7 — вентиляционные лопатки.

Устройство трехфазного асинхронного двигателя повышенной механической мощности с возбуждением ротора от постоянных магнитов из сплава NdFeB состоит из ротора с постоянными магнитами из сплава NdFeB и статора асинхронного двигателя.

Статор включает сердечник статора (1) и симметричную трехфазную двухслойную обмотку статора (4), уложенную в продольные пазы на внутренней поверхности сердечника статора (1), корпус статора выполняется из чугунного или алюминиевого литья, сердечник статора (1) из тонколистовой электротехнической стали.

Ротор электродвигателя представляет собой короткозамкнутый ротор (5) с алюминиевой литой обмоткой (6) и размещенными в пазах ротора диаметрально расположенными полюсами возбуждения ротора (3), выполненными из радиально намагниченных полюсных постоянных магнитов NdFeB, размещенных в диаметрально расположенных пазах.

Работает устройство следующим образом.

При подаче напряжения на обмотки двигателя в них возникают токи, образующие вращающееся магнитное поле. На полюса возбуждения ротора (3) и короткозамкнутый ротор (5) с алюминиевой литой обмоткой (6) начинают воздействовать механические моменты. Магнитное поле диаметрально расположенных полюсов возбуждения ротора (3), выполненных из радиально намагниченных полюсных постоянных магнитов NdFeB, под действием момента, развиваемого внутренней обмоткой короткозамкнутого ротора (5) с алюминиевой литой обмоткой (6), разгоняется до подсинхронной скорости и далее втягивается в синхронизм с полем статора. С этого момента в машине создается единый поток полюсов возбуждения ротора и обмотки статора, в результате взаимодействия которых на валу электродвигателя создается максимально возможный удельный электромагнитный момент.

Данная конструкция отличается простотой исполнения и позволяет отказаться от дорогостоящей системы оборудования и дополнительного расхода электрической энергии на возбуждение асинхронной машины и создать асинхронный двигатель любой мощности с полезными качествами синхронного двигателя. Статорная обмотка состоит из трехфазной двухслойной обмотки, имеющей улучшенный гармонический состав (МДС), пониженное рассеивание, оптимальные электромагнитные параметры и уменьшенную токовую нагрузку.

В конструкции заявляемого электродвигателя использованы постоянные магниты из NdFeB марки N52 с остаточной индукцией 1,48 Тл., коэрцитивной силой Hcb>876 кА/м, коэрцитивной силой по индукции, Hcj>955 кА/м и максимальной магнитной энергией ВН 287-303 кДж/м 3 .

В предлагаемой конструкции двигателей могут быть использованы постоянные магниты из NdFeB с остаточной индукцией 1.29-1.33 Тл. (1.33-1.37 Тл.), коэрцитивной силой Hcb>876 кА/м, коэрцитивной силой по индукции, Hcj>955 кА/м и максимальной магнитной энергией ВН 318-334 кДж/м3 (342- 358 кДж/м 3 ).

Был изготовлен опытный образец заявляемого асинхронного электродвигателя, испытания которого подтвердили высокую эффективность работы статорной обмотки, имеющей улучшенный гармонический состав (МДС), пониженное рассеивание, оптимальные электромагнитные параметры и уменьшенную токовую нагрузку, получение максимально возможного удельного электромагнитного момента и увеличение полезной механической мощности, развиваемой двигателем по отношению к потребляемой электрической мощности.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector