Характеристики асинхронного двигателя

Комплектующие, радиокомпоненты / Электрика, электроника / Двигатели
Administrator
930
30-03-2017, 22:30
0

У электрической машины наиболее важной характеристикой является зависимость вращающего момента на валу двигателя от скорости вращения ротора. Такую зависимость называют электромеханической характеристикой. И у любой электрической машины форма электромеханической характеристики определяется законами регулирования основных параметров электрического питания ее обмоток.
Существуют два принципиально различных вида питания асинхронных двигателей:
•трехфазным переменным напряжением с неизменными значениями величины и частоты;
•трехфазным переменным напряжением с регулируемыми значениями величины и частоты.
Соответственно двум этим видам питания различаются характер вращения и параметры магнитного поля статора. И это оказывает принципиальное влияние на электромеханические характеристики асинхронного двигателя.
В первом случае скорость вращения магнитного поля и его напряженность всегда остаются постоянными. А во втором — скорость вращения
магнитного поля изменяется пропорционально частоте питающего напряжения, а напряженность магнитного поля зависит и от частоты, и от уровня питающего напряжения.
На рис. 1.9 показана зависимость вращающего момента асинхронного двигателя от скорости вращения ротора при питании статора напряжением с некими неизменными значениями величины и частоты.
Из этой зависимости видно, что при неподвижном роторе, т. е. когда n r= 0, двигатель развивает пусковой вращающий момент M0. Затем, по мере роста частоты вращения ротора, вращающий момент на валу двигателя увеличивается и при скорости вращения nr= n
r1 достигает максимального значения Mmax
. После этого с дальнейшим ростом скорости вращения ротора вращающий момент на валу двигателя резко снижается до нуля при nr
= nrs и далее меняет знак на отрицательный. Последнее означает, что двигатель переходит в режим электрического генераторного торможения.
Скорость вращения ротора nrs называют синхронной, и она равна скорости вращения магнитного поля nm. В этом режиме вращающий мо мент асинхронного двигателя равен нулю.

Рис. 1.9. Электромеханическая характеристика асинхронного двигателя при питании напряжением с неизменными значениями
величины и частоты

Номинальная рабочая точка асинхронного двигателя всегда расположена в диапазоне значений частоты вращения ротора от nr1 до nrs. Скорость вращения ротора в этом режиме обычно на 1 – 2% ниже синхронной частоты вращения nrs, а частота тока в обмотке ротора имеет величину порядка 0,5…1 Гц.
Тот факт, что при питании асинхронного двигателя от трехфазной сети с фиксированными напряжением и частотой в режиме пуска вращающий момент машины ниже номинальной величины, накладывает на применение такого электропривода определенные ограничения. Его широко используют в промышленных приводах, где при пуске не требуется развивать высокий вращающий момент. Примером может служить привод вентилятора, у которого при малых оборотах момент нагрузки относительно мал. Очевидно, что, если момент нагрузки на валу будет больше пускового момента двигателя M0, асинхронный двигатель не сможет «сдвинуть с места» такую нагрузку.
Для тягового электропривода электромеханическая характеристика, показанная на рис. 1.9, не подходит.
Во-первых, для тяги желательно, чтобы двигатель мог развивать максимальный вращающий момент во всем диапазоне скоростей от пуска (трогания с места) до выхода на полную допустимую мощность. При этом максимальный вращающий момент по величине должен соответствовать максимальной силе тяги, которую локомотив может реализовать по условию сцепления колес с рельсами.
Во-вторых, после выхода на полную мощность двигатель должен развивать тяговый вращающий момент во всем рабочем диапазоне скорости вплоть до максимальной с поддержанием полной допустимой мощности. При этом естественный переход при какой-то скорости в режим электрического торможения должен быть исключен.
В-третьих, в процессе ведения поезда тяговые двигатели локомотива должны иметь способность развивать не какой-то определенный
вращающий момент, а любую необходимую величину вращающего момента от нуля до максимального уровня в зависимости от текущей потребности.
Реализовать все три перечисленных положения асинхронный двигатель может при питании обмотки статора трехфазным переменным током с регулируемыми напряжением и частотой. Такой принцип управления асинхронным двигателем получил название частотного управления.
Суть частотного управления асинхронным приводом сводится к двум ключевым задачам, сформулированным в 1925 г. российским ученым академиком Михаилом Костенко.
Величину фазного напряжения питания обмотки статора Ua в области частот вращения ротора от нуля до номинальной увеличивают пропорционально частоте, а в области частот вращения от номинальной до максимальной поддерживают постоянной (рис. 1.10). Этим получают стабильный номинальный магнитный поток двигателя в области частот вращения ротора от нуля до номинальной и естественное плавное ослабление магнитного потока обратно пропорционально росту частоты в области от номинальной до максимальной (рис. 1.11).
Частоту фазного напряжения питания обмотки статора f1 во всем диапазоне частот вращения ротора поддерживают близкой к величине синхронной частоты fs (рис. 1.12)

•если частота тока обмотки статора равна синхронной частоте f1 = fs, вращающий момент двигателя всегда будет равен нулю;
•если частота тока обмотки статора немного больше синхронной частоты f1 > fs, двигатель будет развивать тяговый момент на валу;
•если частота тока обмотки статора немного меньше синхронной частоты f1 < fs, двигатель будет развивать тормозной момент на валу.
При этом регулирование модуля разницы частот тока обмотки статора и синхронной частоты Δf = |f1 — fs| позволяет плавно изменять величину вращающего момента на валу асинхронного двигателя от нуля до максимального уровня как в режиме тяги, так и в режиме электрического торможения.
В целом частотное управление с описанными выше принципами регулирования величины и частоты напряжения питания обмотки статора асинхронного двигателя позволяет устойчиво работать в любой точке области, ограниченной предельными электромеханическими характеристиками двигателя для режимов тяги и электрического торможения (рис. 1.13).
Такие регулировочные возможности электропривода являются оптимальными для тяги, и реализовать их можно при питании асинхронных двигателей от статического преобразователя, способного формировать на выходе трехфазное напряжение регулируемой величины и частоты.