Устройство, виды и принцип действия асинхронных электродвигателей

1.2 Расчет эквивалентной мощности и выбор АД

Многоступенчатый график нагрузки, характеризующий длительный переменный режим работы электропривода (рисунок 1), можно привести к равномерному, воспользовавшись понятием эквивалентной (среднеквадратичной) мощности, кВт,

, (1.1)

где P_i
– мощность, кВт,

t_i
– продолжительность нагрузки каждой i-й ступени графика, включая паузу, мин,

кВт.

По каталогу выбираем двигатель 4АК225M6УЗ, имеющий следующие параметры:

номинальная мощность Р_н
=30 кВт,

номинальное скольжение S_н
=3,5%,

КПД в номинальном режиме h_н
=89%,

кратность номинального момента K_m
=2,5;

напряжение ротора U_р
=140 В,

ток ротора I_р
=150А,

постоянная времени нагрева Т_н
=30 мин,

суммарный момент инерции,

приведенный к валу двигателя J=55×10-2 кг
×м2
.

Характеристика двигателя 4АК225M6УЗ: двигатель серии 4А с фазным ротором; исполнение по способу защиты – IP44 – защита от проникновения внутрь оболочки предметов длиной до 80 мм и твердых тел размером свыше 12 мм; степень защиты от проникновения внутрь машины воды 3 ; станина алюминиевая, щиты чугунные; высота оси вращения – 225мм; установочный размер по длине станины средний; число полюсов–6; климатическое исполнение – УЗ, т.е. возможность эксплуатации электрической машины в зоне умеренного климата, в закрытых помещениях.

1.6 Расчет механических характеристик

Механическими характеристиками АД называют зависимости М=f(s) и n=f(M).

Аналитические выражения данных характеристик достаточно сложны, требуют знания многих параметров АД и для практических целей используются редко. Более удобной является так называемая формула Клосса, вполне удовлетворительно описывающая реальную характеристику в пределах изменения скольжения от 0 до критического S_к
. Вторая часть характеристики, рассчитанная по формуле Клосса, существенно отличается от реальной. Однако в этой части асинхронные двигатели не работают, и практического значения для анализа задач электропривода она не представляет.

Рисунок 1- Диаграмма потерь и кривые нагрева

Рисунок 2- Механическая характеристика M=f(s)

Рисунок 3- Механическая характеристика n=f(M_e
)

Для расчета естественной механической характеристики находим:

номинальную частоту вращения, об/мин,

, (1.14)

где n₁
– синхронная частота вращения, об/мин,

S_н
– номинальное скольжение по каталогу, о.е.

об/мин,

номинальный момент, Н·м,

, (1.15)

где Р_н
– номинальная мощность,

Н·м,

критическое скольжение, соответствующее максимальному моменту,

, (1.16)

где S_н
– номинальное скольжение,

К_м
– кратность номинального момента.

,

максимальный момент, Н·м,

, (1.17)

Н·м.

Задавшись величиной S от 0 до 1,2, можно рассчитать зависимость М=f(s), которую затем легко перевести в координаты n=f(M) по формуле:

. (1.18)

Расчет механической характеристики производим по упрощенной формуле Клосса, Н·м,

(1.19)

где К_м
– коэффициент перегрузочной способности,

S
– текущее значение скольжения,

S_к
– критическое скольжение,

М_н
– номинальный момент на валу двигателя, Н·м.

При отсутствии резисторов в цепи ротора имеем естественные характеристики.

Результаты расчета приведены в таблице 1.3, характеристики показаны на рисунках 2, 3, 4.

Таблица 1.3 – Механические характеристики выбранного АД

Исследуемые параметры машины S	SН =0,035	0,1	SK =0.168	0,2	SР.К =0,376	0,4	0,8	0,1	0,12
Частота вращения ротораn , об/мин	1000	965	900	832	800	624	600	200
Моменты М , Н·м:
естественная характеристика	233,81	653,00	641.58	730,9	514,914	529,3	298,1	242,1	203,5
реостатная характеристика	121,35	368,93	485.94	615,7	645,247	740,78	571,2	488,8	423,3

Введение добавочного сопротивления в цепь ротора приводит к увеличению критического скольжения, величина максимального момента при этом не изменяется. Иными словами, механическая характеристика смещается вниз, а М=f(s) – вправо. Тем самым при постоянном моменте сопротивления М_с
частота вращения несколько снижается.

При реостатной характеристике частота вращения ротора, при заданном Δn=4,5%, об/мин,

, (1.20)

об/мин,

скольжение, соответствующее данной частоте вращения,

, (1.21)

.

Сопротивление ротора выбранного двигателя, Ом,

(1.22)

Ом,

тогда необходимое добавочное сопротивление, Ом,

, (1.23)

Ом.

Критическое скольжение на реостатной характеристике,

, (1.24)

.