Что такое момент на валу двигателя при скольжении

Механической характеристикой называется зависимость скорости асинхронного двигателя от момента на его валу (или от скольжения).

Все электрические машины обратимы,

Обычно номинальное скольжение двигателя, т. е. скольжение, при котором двигатель развивает номинальный момент, составляет малую величину порядка от 0,01 до 0,1. Поэтому зависимость момента двигателя от скольжения при изменении нагрузки от нулевой до номинальной подчиняется линейному закону.

По мере увеличения скольжения влияние индуктивного сопротивления обмотки ротора двигателя значительно возрастает. Это приводит к тому, что зависимость между моментом и скольжением перестает быть линейной и при некотором значении скольжения s = sмакс вращающий момент достигает максимального значения. Скольжение sмакс называется критическим. Исследование условий, при которых наступает максимальный вращающий момент, показывает, что он имеет место приблизительно при таком скольжении, когда индуктивное сопротивление обмотки ротора равно ее активному сопротивлению.

Увеличение скольжения до значений выше критического, т. е. дальнейшее понижение частоты вращения ротора, приводит к понижению величины вращающего момента.

Наконец, при скольжении, равном единице, т. е. при неподвижном роторе момент асинхронного двигателя равен пусковому моменту.

Как видно из механической характеристики, она имеет два экстремума: первый в области положительных скольжений, второй в области отрицательных скольжений.

Величина критического скольжения одинаковая и в двигательном и в генераторном режимах, только имеет разные знаки.

На участке s

Автономные асинхронные генераторы — трёхфазные машины, преобразующие механическую энергию первичного двигателя в электрическую энергию переменного тока. Их несомненным достоинством перед другими видами генераторов являются отсутствие коллекторно-щеточного механизма и, как следствие этого, большая долговечность и надежность. Если отключенный от сети асинхронный двигатель привести во вращение от какого-либо первичного двигателя, то в соответствии с принципом обратимости электрических машин при достижении синхронной частоты вращения, на зажимах статорной обмотки под действием остаточного магнитного поля образуется некоторая ЭДС. Если теперь к зажимам статорной обмотки подключить батарею конденсаторовС, то в обмотках статора потечёт опережающий ёмкостный ток, являющийся в данном случае намагничивающим. Ёмкость батареи С должна превышать некоторое критическое значение С0, зависящее от параметров автономного асинхронного генератора: только в этом случае происходит самовозбуждение генератора и на обмотках статора устанавливается трёхфазная симметричная система напряжений. Значение напряжения зависит, в конечном счёте, от характеристики машины и ёмкости конденсаторов. Таким образом, асинхронный короткозамкнутый электродвигатель может быть превращен в асинхронный генератор.

Рис.1 Стандартная схема включения асинхронного электродвигателя в качестве генератора.

Можно подобрать емкость так, чтобы номинальное напряжение и мощность асинхронного генератора равнялись соответственно напряжению и мощности при работе его в качестве электродвигателя.
Индуктивная нагрузка на асинхронный генератор, понижающая коэффициент мощности, вызывает резкое увеличение потребной ёмкости. Для поддержания напряжения постоянным с увеличением нагрузки необходимо увеличивать и ёмкость конденсаторов, то есть подключать дополнительные конденсаторы. Это обстоятельство необходимо рассматривать как недостаток асинхронного генератора.

Частота вращения асинхронного генератора в нормальном режиме должна превышать асинхронную на величину скольжения S = 2…10%, и соответствовать синхронной частоте.

Не выполнение данного условия приведёт к тому, что частота генерируемого напряжения может отличаться от промышленной частоты 50 Гц, что приведёт к неустойчивой работе частото-зависимых потребителей электроэнергии: электронасосов, стиральных машин, устройств с трансформаторным входом. Особенно опасно снижение генерируемой частоты, так как в этом случае понижается индуктивное сопротивление обмоток электродвигателей, трансформаторов, что может стать причиной их повышенного нагрева и преждевременного выхода из строя.

В качестве асинхронного генератора может быть использован обычный асинхронный короткозамкнутый электродвигатель соответствующей мощности без каких-либо переделок. Мощность электродвигателя-генератора определяется мощностью подключаемых устройств. Наиболее энергоёмкими из них являются:

бытовые сварочные трансформаторы;

электропилы, зернодробилки (мощность 0,3…3 кВт);

электроутюги (мощность 850…1000 Вт).

Особо хочу остановиться на эксплуатации бытовых сварочных трансформаторов.
Их подключение к автономному источнику электроэнергии наиболее желательно, т.к. при работе от промышленной сети они создают целый ряд неудобств для других потребителей электроэнергии. Если бытовой сварочный трансформатор рассчитан на работу с электродами диаметром 2…3 мм, то его полная мощность составляет примерно 4…6 кВт, мощность асинхронного генератора для его питания должна быть в пределах 5…7 кВт.

Если бытовой сварочный трансформатор допускает работу с электродами диаметром 4 мм, то в самом тяжелом режиме — «резки» металла, потребляемая им полная мощность может достигать 10…12 кВт, соответственно мощность асинхронного генератора должна находиться в пределах 11…13 кВт.

В качестве трёхфазной батареи конденсаторов хорошо использовать так называемые ком-пенсаторы реактивной мощности, предназначенные для улучшения соs φ в промышленных осветительных сетях. Рассмотренный выше вариант подключения трёхфазного электродвигателя в качестве генератора можно считать классическим, но не единственным. Существуют и другие способы, которые так же хорошо зарекомендовали себя на практике. Например, когда батарея конденсаторов подключается к одной или двум обмоткам электродвигателя-генератора.

В заключение несколько общих советов.

Генератор переменного тока является устройством повышенной опасности. Применяйте напряжение 380 В только в случае крайней необходимости, во всех остальных случаях пользуйтесь напряжением 220 В.

По требованиям техники безопасности электрогенератор необходимо оборудовать заземлением.

Обратите внимание на тепловой режим генератора. Он «не любит» холостого хода. Снизить тепловую нагрузку можно более тщательным подбором емкости возбуждающих конденсаторов.

Не ошибитесь с мощностью электрического тока, вырабатываемого генератором. Если при работе трёхфазного генератора используется одна фаза, то её мощность будет составлять 1/3 общей мощности генератора, если две фазы — 2/3 общей мощности генератора.

Определение мощностей и моментов двигателя

По данным табл. 8.1 , если нагрузкой двигателя является генератор постоянного тока, определить Р₂ , М₂ , М двигателя:

где – полезная мощность нагрузочного генератора;

– электрические потерив обмотке якоря;

– потери в переходном контакте щёток и коллектора;

– потери в цепи возбуждения генератора (учитываются лишь при работе генератора с самовозбуждением);

–механические и магнитные потери генератора.

При этом I_a – ток якоря генератора, равный I_a=I_г при независимом возбуждении, и I_a=I_г+i_вгпри самовозбуждении;

– сопротивление последовательно соединённых обмоток якоря при температуре 75 º С;

DU_щ– переходное падение напряжения в контактах двух разнополярных щёток, принимаемое в среднем 2В.

Потери принимаются постоянными. Если для нагрузки используется уже тарированный генератор, то полные его потери могут быть заданы в виде кривой åр=¦ (I_a), и в этом случае

Полезный вращающий момент на валу двигателя М₂, полный вращающий (электромагнитный) момент М соответственно будут:

,

где n – частота вращения ротора, об/мин;

М – момент холостого хода.

.

Здесь Р_мх – механические потери двигателя, Вт;

n₁ – синхронная частота вращения, об/мин.

Если нагрузка – электромагнитный тормоз (табл. 8.2, 8.3, 8.4), то полезная мощность будет:

.

КПД для любого типа нагрузки можно определить как:

.

Определение коэффициента мощности

1. Для трёхфазного режима:

,

где U₁ – фазное напряжение.

2. Для однофазного режима и асинхронного конденсаторного двигателя:

.

Сравнительная оценка

Построить рабочие характеристики и произвести сравнительную оценку рабочих характеристик асинхронного двигателя при различных схемах включения: трёхфазной, однофазной и асинхронного конденсаторного двигателя.

8.5. Контрольные вопросы

1. Диапазон изменения скольжения асинхронной машины в режиме двигателя?

2. Механическая характеристика АД в зависимости от активного сопротивления ротора?

3. Как изменяется критическое скольжение асинхронного двигателя при увеличении активного сопротивления статора, ротора?

4. Как зависит величина максимального электромагнитного момента АД от напряжения, приложенного к обмотке статора?

5. Какая частота тока ротора АД при номинальном скольжении?

6. Каким образом можно увеличить пусковой момент в асинхронных короткозамкнутых двигателях?

7. С какой частотой вращается МДС обмотки ротора АД

· относительно МДС обмотки статора?

8. Какие способы пуска применимы к асинхронным короткозамкнутым двигателям?

9. Разновидности однофазных АД в зависимости от типа фазосмещающего элемента? Назначение фазосмещающего элемента?

10. Чем опасен обрыв одной фаз цепи статора в трёхфазном АД при его номинальной нагрузке?

11. Изобразить схему замещения однофазного АД.

12. Зависимость момента от скольжения однофазной асинхронной машины?

13. Векторная диаграмма пусковых токов рабочей и вспомогательной (пусковой) обмоток с включением во вспомогательную обмотку

· чисто активного сопротивления;

14. Включение какого фазосмещающего элемента в цепь пусковой обмотки однофазного АД позволяет получить наибольший пусковой момент?

15. Чему равна частота токов в роторе однофазного АД от прямого и обратного полей?

16. Сколько процентов составляет номинальная мощность асинхронного трёхфазного АД, работающего от однофазной сети, от мощности этого двигателя при симметричном трёхфазном питании?

17. Какой двигатель называют конденсаторным?

18. Кратности пускового момента и пускового тока для асинхронного конденсаторного двигателя с одним конденсатором, ёмкость которого выбрана из условия получения кругового вращающего поля при номинальном режиме?

19. Соотношение номинальных мощностей трёхфазного АД, работающего от трёхфазной сети, и того же двигателя, работающего от однофазной сети в режиме конденсаторного АД?

Вращающий момент асинхронного двигателя. Вывод формулы. Номинальный, критический и пусковой моменты.

Для каждого асинхронного двигателя может быть определен номинальный режим, т. е. режим длительной работы, при котором двигатель не перегревается сверх установленной температуры. Момент М_ном, соответствующий номинальному режиму, называется. номинальным моментом. Соответствующее ему номинальное скольжение составляет для асинхронных двигателей средней мощности s_H0M = 0,02. 0,06, т.е. номинальная скорость n_иом находится в пределах

Отношение максимального момента к номинальному к_м = = Mmах/M_ном называется перегрузочной способностью асинхронного двигателя. Обычно к_т = 1,8.. .2,5.

При пуске в ход, т. е. при трогании с места и при разгоне, асинхронный двигатель находится в условиях, существенно отличающихся от условий нормальной работы. Момент, развиваемый двигателем, должен превышать момент сопротивления нагрузки, иначе двигатель не сможет разгоняться. Таким образом, с точки зрения пуска двигателя важную роль играет его пусковой момент.

Отношение пускового момента М_п развиваемого двигателем в неподвижном состоянии, т. е. при n = 0, к номинальному моменту k_п= М_п/М_ном называется кратностью пускового момента.

Максимальный момент М_тах называется критическим моментом асинхронной машины. Работа машины с моментом, превышающим номинальный, возможна лишь кратковременно, в противном случае срок службы машины сокращается из-за ее перегрева.

В результате взаимодействия вращающегося магнитного потока с токами, индуктированными им в проводниках роторной обмотки, возникают силы, действующие на эти проводники в тангенциальном направлении. Найдем значение момента, создаваемого этими силами на валу машины.

Электромагнитная мощность, передаваемая ротору вращающимся магнитным полем, ровна:

где М_эм — электромагнитный момент действующий на ротор.

В соответствии со схемой замещения одной фазы машины:

Из этих выражений найдем:

Учитывая действующий ток ротора, ЭДС, индуктивное сопротивление получим:

Введем постоянную и пренебрегая моментом трения, представим выражение момента на валу в виде:

Если магнитный поток Ф выражен в веберах, ток I₂— в амперах, то вращающий момент получится в ньютон-метрах (Нм).

Вращающий момент машины зависит от изменяющихся при нагрузке ф, I₂и , но его можно представить в виде функции однойпеременной. В качестве такой переменной для асинхронного двигателя наиболее удобно выбрать скольжениеs.

Согласно ранее изученным формулам:

Полагая, что частота сети неизменна введем

36. Способы регулирования частоты вращения ад с к.з. ротором

37.Пуск и регулирования частоты вращения АД с ф.р.

Регулирование изменением скольжения выполняют изменени­ем сопротивления R_p регулировочного реостата в цепи ротора.

Введение реостата в цепь ротора изменяет зависимость вращающего момента М от скольжения s, не влияя на величину наибольшего момента. Три характеристики M(s): естественная (безреостатная) характеристика 1 соответствует замкнутой накоротко обмотке ротора (сопротивление реостата = 0), реостатные (искусственные) характеристики 2 и 3 – введенным одной и двум ступеням реостата.

Введение реостата в цепь ротора положительно влияет на пусковой ток, снижая его примерно в 2 раза по сравнению с короткозамкнутым АД.

Недостатки данного спо­соба: 1) низкая экономичность из-за потерь в реостате R_p; 2) снижение жесткости механических характеристик; 3) частоту вращения можно ре­гулировать только в сторону понижения.

Пуск асинхронного двигателя с фазным ротором.Пуск в ход асинхронных двигателей существенно отличается от условий нормальной работы. Момент двигателя при пуске должен превышать момент сопротивления нагрузки, роль играет пусковой момент. Второй важной пусковой характеристикой является пусковой ток. Кратность пускового тока для двигателей с короткозамкнутым ротором достигает 5-7, что может быть недопустимо для двигателя или для сети и может иметь значение плавность пуска. Пуск в ход двигателя с фазным ротором осуществляется через 3х фазный реостат, каждая фаза которого включена через щётки и кольца в одну из фаз ротора. В начале пуска реостат введён полностью, к концу пуска он выводится и все три фазы ротора замыкаются накоротко. Число ступеней реостата берётся больше двух и процесс переключений при пуске обычно автоматизируется. Введение активных сопротивлений в цепь фазного ротора увеличивает момент и делает пуск плавным и ограничивает пусковой ток. Этот способ пуска имеет ряд достоинств, но применим только для двигателей с фазным ротором.

39,40. Устройство, принцип действия двигателя постоянного тока. Способы возбуждения. ЭДС обмотки якоря и электромагнитный моментУстройство и принцип действия двигателя постоянного тока Двигатель постоянного тока состоит из неподвижной час­ти -статора и вращающейся части — якоря, разделенных воздушным зазором. К внутренней поверхности статора крепятся главные в добавочные полюсы. Главные полюсы с обмотками возбуждения слу­жат для создания в машине основного магнитного потока Ф, а до­бавочные — для уменьшение искрения.

Якорь состоит из вала, сердечника, обмотки и коллектора. Коллектор содержит изолированные друг от друга медные пластины, которые соединяются с секциями обмотки якоря. На коллектор накла­дываются неподвижные щётки; соединяющие обмотку якоря с внешней электрической цепью. В результата взаимодействия тока якоря Iя И магнитного потока Ф создается вращающий момент, М=СмФIя , где См- постоянная момента, зависящая от кон­структивных данных машины. Вращающий момент М, двигателя уравновешивается моментом сопротивления Мс рабочей машины. При вра­щении якоря с частотой n его обмотка пересекает магнитный поток Ф и в ней, согласно закону электромагнитной индукции, наводится противо-ЭДС E =СеФп , где Се _ конструктивная постоянная.

Напряжение на эажимаx якоря U равно сумме ЭДС и падения напряжения на сопротивлении якорной цепи U=E +RяIя=CеФn, откуда ток якоря Iя=(U-CеФn)/Rя, а частота вращения n=(U- RяIя)/ CеФ/

В зависимости от способа питания обмотки возбуждения генераторы постоянного тока бывают:

Рис. 50. Возбуждение генератора: а — независимое, б — параллельное, в — последовательное, г — смешанное.

При независимом возбуждении ОВ питается от постороннего источника. Применяется в случаях, когда необходимо в широких пределах регулировать ток возбуждения I_в и напряжение U на зажимах машины. Ток якоря равен току нагрузки I_я = I_н (рис. 50, а)

Генераторы с самовозбуждением имеют ОВ, питаемые от самого генератора.

При включении ОВ параллельно с обмоткой якоря имеем генератор с параллельным возбуждением (рис. 50, б), у которого I_я = I_н + I_в. У мощных машин нормального исполнения I_в обычно составляет 1-3%, а у малых машин — до нескольких десятков % от тока якоря. У генератора с последовательным возбуждением (рис. 50, в) ОВП включён последовательно с якорем, т.е.

Генераторы со смешанным возбуждением имеют две обмотки возбуждения, ОВ включёна параллельно якорю, а другая ОВП — последователь но (рис. 50, г). Основной обычно является ОВ. ОВП подмагничивает машину при увеличении тока нагрузки, чем компенсируется падение напряжения U в обмотке якоря и размагничивающее влияние реакции якоря.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Момент — сопротивление — двигатель

Момент сопротивления двигателя в основном зависит от вязкости масла, трения деталей кривошипно-шатунного и распределительного механизмо В и степени сжатия. При понижении температуры вязкость масла сильно возрастает, а следовательно, увеличивается момент сопротивления, что понижает обороты коленчатого вала и затрудняет пуск двигателя. Момент сопротивления двигателя Мсопр зависит от рабочего объема цилиндров 1 / л, выражаемого в литрах, и составляет 3 — 4 5 кгм на 1 л рабочего объема. [1]

Момент сопротивления двигателя изменяется в широких пределах и имеет резко-переменный характер. [3]

Момент сопротивления двигателя снижают применением зимних марок моторных масел и подогревом двигателя, а повышение пусковых качеств батареи — хранением ее в теплом помещении в период стоянки автомобиля на улице при низких температурах. [4]

При этих условиях моменты сопротивления двигателя и механизма будут равны и агрегат будет работать с постоянной скоростью при скольжении SH. [5]

Часто при расчетах моментами сопротивления двигателя и редуктора пренебрегают и учитывают только приведенный момент рабочего механизма. Как правило, нагрузочный момент является случайной величиной. Точное его определение возможно лишь при статистической обработке результатов измерений на реальном объекте. [7]

С и ниже) момент сопротивления двигателя возрастает настолько, что стартер уже не обеспечивает запуска. Одним увеличением мощности стартера разрешить проблему зимнего запуска нельзя, так как из-за крутого протекания кривых Мдв f ( n), где п — число оборотов коленчатого вала, значительное увеличение мощности стартера дает малый эффект; кроме того, принудительное вращение коленчатого вала при застывшем масле ( например, заводка буксиром) можег вызвать поломку валика масляного насоса и повредить другие детали. [8]

Для пуска необходимо, чтобы момент сопротивления двигателя был меньше крутящего момента, создаваемого давлением газов на поршни при первых вспышках. Между тем, прц понижении температуры вязкость масла, а следовательно и момент сопротивления, возрастают и пуск двигателя затрудняется. Поэтому существует некоторое предельное значение вязкости масла, при котором пуск еще возможен. Величина момента сопротивления двигателя при этой предельной вязкости масла и является расчетным моментом сопротивления при определении мощности стартера. [9]

Характеристики стартера ( а) и диаграмма работы стартера на двигателе ( б): MQS — момент сопротивления двигателя ; М — вращающий момент стартера, приведенный к валу ДВС. [10]

Как изменяются основные параметры стартера ( сила тока, момент, частота вращения, мощность, напряжение) при увеличении момента сопротивления двигателя пуску. [11]

Мд — момент вращения двигателя; Jn, Mcn — моменты инерции и сопротивления в расчетном интервале Аап, приведенные к оси двигателя и включающие инерцию и момент сопротивления двигателя . [13]

Для того чтобы двигатель начал работать самостоятельно, стартер должен сообщить его коленчатому валу определенную начальную ( пусковую) частоту вращения. При этом стартер должен преодолевать момент сопротивления двигателя , являющийся суммой нескольких составляющих. [14]

Одним из источников периодических возмущений является резко переменная нагрузка на некоторых промышленных предприятиях; в частности, такую нагрузку несут двигатели прокатных станов. Для введения в расчет резко переменной нагрузки используется соответствующая многоэлементная модель, моменты сопротивления двигателей задаются как функции времени. [15]