Круговая диаграмма, рабочие характеристики

КРУГОВАЯ ДИАГРАММА АСИНХРОННОЙ МАШИНЫ. РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

1. Круговая диаграмма.

При изменении нагрузки асинхронной машины, но при и постоянных параметрах конец вектора тока перемещается по окружности. Эту окружность, являющуюся геометрическим местом концов векторов тока , вместе с дополнительными построениями, необходимыми для ее исследования, называют круговой диаграммой асинхронной машины (рис. 16-43). Существование круговой диаграммы может быть доказано, исходя из основных уравнений асинхронной машины (см. раздел). Круговая диаграмма соответствует схеме замещения асинхронной машины. Она может быть построена по опытным или расчетным данным. Каждому значению скольжения соответствует на круговой диаграмме вполне определенная точка. Круговая диаграмма может быть использована для определения рабочих характеристик асинхронной машины при условии, что ее параметры в исследуемых режимах остаются постоянными.

Дополнительно по теме

Рис. 16-43. Круговая диаграмма асинхронной машины.

а) Построение круговой диаграммы по опытным данным производится на основании двух опытов - холостого хода и короткого замыкания.

Для построения круговой диаграммы асинхронного двигателя, соответствующей Г-образной схеме замещения (рис. 16-39, б), , необходимы следующие данные (полученные при или пересчитанные к номинальному напряжению): фазные токи холостого хода () и короткого замыкания (); разность между потерями холостого хода и механическими потерями (); потери короткого замыкания (); сопротивление фазы обмотки статора , приведенное к расчетной рабочей температуре. [При построении предполагается, что токи идеального (s = 0) и реального холостого хода одинаковы.]

Круговая диаграмма строится в следующем порядке (рис. 16-43).

Выбирается масштаб тока , А/мм, из соображений удобства построения диаграммы (вектор тока короткого замыкания обычно выбирается равным 150-250 мм).

Определяется масштаб мощности , Вт/мм.

Вертикально вверх откладывают вектор , Строят точку идеального холостого хода (s=0) по току (в масштабе тока) и потерям (в масштабе мощности). Строят точку короткого замыкания (s=1) по току и потерям Рк. Из точки N - середины отрезка - восстанавливают к нему перпендикуляр, который пересекает в точке Ок линию проведенную через точку под углом к горизонтали;

Точка Ок является центром окружности токов, радиус которой равен .

Для определения точки Н, соответствующей , проводят прямую под углом a к диаметру ;

где - диаметр круговой диаграммы в амперах.

Точки Аx (s=0), Ак (s=1) и Н () делят окружность токов на три части, соответствующие режимам работы двигателем, генератором и тормозом.

Точка R реального холостого хода расположена на диаграмме несколько выше точки Ах идеального холостого хода.

Опытные данные, необходимые для построения круговой диаграммы асинхронных двигателей с частотой , получают в опытах холостого хода и короткого замыкания при номинальной частоте, если высота стержней короткозамкнутой обмотки не превышает 10 мм для медных стержней и 16 мм для алюминиевых стержней. При большей высоте стержней и при двойной беличьей клетке опыт короткого замыкания с целью исключения влияния вытеснения тока на проводят при частоте .

б) Построение круговой диаграммы по расчетным данным (рис. 16-43) производится на основании известных параметров , определенных с учетом вытеснения тока, и параметров , определенных без учета насыщения и вытеснения тока.

Диаметр окружности токов

где (- см. раздел).

Ток холостого хода при s=0

Коэффициент мощности при s=0

Масштаб тока , А/мм, выбирается из тех же соображений, что и в п. "а" ( мм).

При построении круговой диаграммы вертикально вверх направляют вектор , под углом к нему откладывают вектор . Далее так же, как в п. "а", строят отрезок и проводят из середины отрезка как из центра окружности. Из произвольной точки восстанавливают перпендикуляр , на котором откладывают отрезки , где . Через точку Ax и точки проводят линии до пересечения с окружностью в точке Н () и точке (s=1).

в) Определение по круговой диаграмме величин, характеризующих режим нагрузки машины (рис. 16-43).

Линия первичной мощности .

Линия электромагнитной мощности (Рэм) или линия электромагнитного момента .

Линия механической мощности .

Линия вторичной мощности .

Масштабы: тока , А/мм; мощности , Вт/мм; момента (или ).

Для режима нагрузки, соответствующего некоторой точке А на круговой диаграмме:

ток статора , А;

ток ротора (приведенный к статору) , А;

первичная мощность , Вт;

электромагнитная мощность , Вт;

электромагнитный момент ;

механическая мощность ,Вт;

полезная (вторичная) мощность , Вт;

коэффициент мощности

к. п. д.

скольжение

Для более точного определения к. п. д. и скольжения используют дополнительные построения.

г) Определение по круговой диаграмме максимального момента, максимальной мощности, перегрузочной способности и кратности пускового момента (рис. 16-43).

Максимальный электромагнитный момент , где - отрезок перпендикуляра к диаметру , опущенного из точки К касания окружности касательной, проведенной параллельно линии электромагнитного момента .

Максимальная механическая мощность , Вт, где - отрезок перпендикуляра к диаметру , опущенного из точки G касания окружности касательной, проведенной параллельно линии механической мощности .

Если точка Ан соответствует номинальному режиму, то кратность максимального момента, или перегрузочная способность двигателя,

где - отрезок перпендикуляра, опущенного из точки Ан на диаметр AхF.

Кратность начального пускового вращающего момента (без учета влияния насыщения стали и вытеснения тока на )

где - отрезок перпендикуляра, опущенного из точки Н на диаметр AхF.

Расчет момента Мп при учете влияния насыщения стали и вытеснения тока производится аналитическими методами (см. раздел).

2. Рабочие характеристики асинхронного двигателя.

Рабочие характеристики асинхронного двигателя могут быть построены: 1) по данным аналитического расчета, 2) по экспериментальным данным, 3) по круговой диаграмме. Типичные рабочие характеристики показаны на рис. 16-44.

Вследствие существенного насыщения путей, по которым замыкаются потоки пазового рассеяния (зубцы и коронки зубцов), с увеличением тока сверх номинального на 30-50% индуктивное сопротивление уменьшается. С увеличением нагрузки (тока) изменяется скольжение и частота тока ротора, что приводит к изменению поверхностного эффекта и как следствие к изменению . Поэтому параметры асинхронных машин можно считать постоянными при небольших перегрузках двигателя.

Точный расчет рабочих характеристик по круговой диаграмме производят лишь для диапазона изменения нагрузки от холостого хода (точка R) до мощности , что соответствует диапазону изменения скольжения s = 0...0,05.

Рис. 16-44. Рабочие характеристики асинхронного двигателя.