Praca silnika asynchronicznego

Działanie silnika indukcyjnego jest wyrażoną graficznie zależnością prędkości n2, sprawności η, użytecznego momentu obrotowego (momentu na wale) M2, współczynnika mocy cos φ oraz prądu stojana I1 od mocy użytecznej P2 przy U1 = const f1 = const.

Charakterystyka prędkości n2 = f (P2). Prędkość wirnika silnika indukcyjnego n2 = n1 (1 — s).

Slajd s = Pe2 / Rem, tj. poślizg silnika indukcyjnego, a co za tym idzie jego prędkość, zależy od stosunku strat elektrycznych w wirniku do mocy elektromagnetycznej. Pomijając straty elektryczne w wirniku na biegu jałowym, możemy przyjąć Pe2 = 0, a zatem s ≈ 0 i n20 ≈ n1.

Wraz ze wzrostem obciążenia wału silnik asynchroniczny stosunek s = Pe2 / Pem wzrasta, osiągając wartości 0,01 — 0,08 przy obciążeniu nominalnym. Odpowiednio, zależność n2 = f (P2) jest krzywą lekko nachyloną do osi odciętych. Jednak wraz ze wzrostem czynnej rezystancji wirnika silnika r2' nachylenie tej krzywej wzrasta. W tym przypadku zmiany częstotliwości silnika indukcyjnego n2 wraz z wahaniami obciążenia P2 rosną.Wyjaśnia to fakt, że wraz ze wzrostem r2' rosną straty elektryczne w wirniku.

Ryż. 1. Charakterystyka działania silnika indukcyjnego

Zależność M2 = f (P2). Zależność użytecznego momentu obrotowego z wału silnika asynchronicznego M2 od mocy użytecznej P2 określa wyrażenie M2 = P2 / ω2 = 60 P2 / (2πn2) = 9,55P2 / n2,

gdzie P2 — moc użyteczna, W; ω2 = 2πf 2/60 to kątowa częstotliwość obrotu wirnika.

Z wyrażenia tego wynika, że ​​jeśli n2 = const, to wykres M2 = f2 (P2) jest linią prostą. Ale w silniku indukcyjnym ze wzrostem obciążenia P2 prędkość wirnika maleje, a zatem użyteczny moment wału M2 ze wzrostem obciążenia rośnie nieco szybciej niż obciążenie, a zatem wykres M2 = f (P2 ) ma kształt krzywoliniowy.

Ryż. 2. Schemat wektorowy silnika indukcyjnego przy małym obciążeniu

Zależność cos φ1 = f (P2). Ze względu na fakt, że prąd stojana silnika indukcyjnego I1 ma składową bierną (indukcyjną) niezbędną do wytworzenia pola magnetycznego w stojanie, współczynnik mocy silników indukcyjnych jest mniejszy od jedności. Najniższa wartość współczynnika mocy odpowiada pracy na biegu jałowym. Wyjaśnia to fakt, że prąd jałowy silnika elektrycznego I0 przy dowolnym obciążeniu pozostaje praktycznie niezmieniony. Dlatego przy małych obciążeniach silnika prąd stojana jest mały iw dużej mierze reaktywny (I1 ≈ I0). W rezultacie przesunięcie fazowe prądu stojana względem napięcia jest znaczne (φ1 ≈ φ0), tylko nieznacznie mniejsze niż 90° (rys. 2).

Współczynnik mocy bez obciążenia silników indukcyjnych jest zwykle mniejszy niż 0,2.Wraz ze wzrostem obciążenia wału silnika rośnie składowa czynna prądu I1 i rośnie współczynnik mocy, osiągając najwyższą wartość (0,80 — 0,90) przy obciążeniu zbliżonym do znamionowego. Dalszemu wzrostowi obciążenia wału silnika towarzyszy spadek cos φ1, co tłumaczy się wzrostem rezystancji indukcyjnej wirnika (x2s) na skutek wzrostu poślizgu, a co za tym idzie częstotliwości prąd w wirniku.

Aby poprawić współczynnik mocy silników indukcyjnych, niezwykle ważne jest, aby silnik zawsze lub przynajmniej przez znaczną część czasu pracował z obciążeniem zbliżonym do obciążenia znamionowego. Można to osiągnąć tylko przy prawidłowym doborze mocy silnika. Jeżeli silnik pracuje pod obciążeniem przez znaczną część czasu, to w celu zwiększenia cos φ1 wskazane jest zmniejszenie napięcia U1 doprowadzanego do silnika. Na przykład w silnikach pracujących, gdy uzwojenie stojana jest połączone w trójkąt, można to zrobić przez ponowne połączenie uzwojeń stojana w gwiazdę, co spowoduje spadek napięcia fazowego o współczynnik. W tym przypadku strumień magnetyczny stojana, a tym samym prąd magnesujący, zmniejsza się mniej więcej o współczynnik. Ponadto nieznacznie wzrasta składowa czynna prądu stojana. Wszystko to przyczynia się do zwiększenia współczynnika mocy silnika.

na ryc. Na rys. 3 przedstawiono wykresy zależności cos φ1 silnika asynchronicznego od obciążenia, gdy uzwojenia stojana połączone są w gwiazdę (krzywa 1) i trójkąt (krzywa 2).

Ryż. 3. Zależność cos φ1 od obciążenia przy połączeniu uzwojenia stojana silnika w gwiazdę (1) i trójkąt (2)