Что представляют собой рабочие характеристики асинхронных моторов?

Асинхронные электродвигатели представляют собой полноценные системы, качество работы которых определяется техническими характеристиками. Для чего они нужны и каким образом измеряются и изменяются, мы опишем далее. Параметры двигателя – первое, что необходимо знать перед началом его эксплуатации.

Для того, чтобы обеспечить нормальную слаженную работу асинхронных силовых агрегатов, необходимо знать все об этих моторах, в частности, их рабочие и механические характеристики. Это необходимо, как при покупке компонентов в магазине, так при реализации их своими руками. Также, при помощи правильного регулирования этих показателей, вы сможете успешно управлять работой двигателя, обеспечивая не только высокую продуктивность, но и снижение энергозатрат.

Общие параметры

По умолчанию, стандартная машина асинхронного типа (без доработок и модификаций) включает 2 основных компонента:

• статор – неподвижную деталь;
• ротор – деталь, поддающаяся вращениям.

В трехфазных моделях 3 отдельные фазы представляют собой статорную обмотку. С1, С2, С3 на рисунке – это их начало, а С3, С4, С5 – концы. Абсолютно все они подключаются к клеммным разъемам, с использованием одной из двух схем: «звезда» или «треугольник». На изображении их можно видеть под вариантам Б и В.

Конкретная схема для построения, выбирается с учетом паспортных данных электродвигателя и показателей сетевого напряжения, от которого будет производиться питания.

Основная задача статора – создание магнитного поля внутри мотора, которое бесперебойно вращается. Ротор же бывает двух видов – фазный и короткозамкнутый. Последний имеет скорость оборотов, которая не поддается регулированию. Применение такого компонента в силовом агрегате делает конструкцию проще и дешевле. Момент запуска у таких устройств, правда, низкий, чего не скажешь о моторах с ротором фазным. У него скорость вращения управляется при помощи ввода вспомогательного сопротивления.

Принцип работы пускового двигателя

Пускач, как и большинство одноцилиндровых двухтактных двигателей, работает на бензине. ПД оснащается свечами зажигания, проводами высокого напряжения и электрическим стартером.

Принцип работы двигателя заключается в следующем:

• Поршень за время перехода расстояния между нижней и верхней мертвой точкой перекрывает сначала продувочное окно, а после — впускное.
• Попавшая за это время в камеру сгорания горючая смесь попадает под давление.
• Разрежение, появляющееся в этот момент в кривошипно-шатунном механизме, переводит горючую смесь из карбюратора в кривошипную камеру после открытия поршнем впускного окна.
• Воспламенение горючего при помощи искры происходит в момент, когда поршень находится около ВМТ. Детали смазываются посредством разбрызгивания топлива, которое смешивается в соотношении 1:1 с маслом.

Простая конструкция пусковых двигателей (ПД) позволяет использовать топливо и масло самого низкого качества. Включается пускач посредством нажатия расположенной на его корпусе кнопки.

Принцип действия мотора

Первое, что осуществляется – на статорную обмотку подается электрическое напряжение. По каждой отдельной фазе можно видеть постоянно меняющиеся магнитные потоки, смещенные по отношению друг к другу на угол 120 градусов. В результате получается общий результирующий поток, который также вращаемый, а с его помощью создается электродвижущая сила внутри роторных проводников.

Именно так в результате получается ток, который совмещается с потоком результирующим, что создает момент пуска. А он в свою очередь приводит ротор в движение.

Это общее, упрощенное описание принципа действия силового агрегата с разными скоростями оборотов. Для того, чтобы рассмотреть работу мотора, стоит углубиться в механические и рабочие характеристики, точно влияющие на вышеописанный алгоритм срабатывания.

Регулировка и настройка ПД

Стабильная и корректная работа пускача возможна только при правильной настройке всех механизмов и деталей. Сначала настраивается карбюратор посредством установки длины тяги, объединяющей рычаг дроссельной заслонки и регулятор. Регулировка карбюратора осуществляется на низких оборотах.

Следующий этап — настройка оборотов коленчатого вала при помощи пружины. Изменение уровня ее сжатия позволяет отрегулировать количество оборотов. Последними регулируются система зажигания и механизм выключения приводной шестерни.

Механическая характеристика

Суть данного параметра состоит в прямой зависимости частоты оборотов ротора от показателей нагрузки. То есть, от момента вращения на валу. Когда нагрузка находится на номинальном уровне, то частота вращений для разнотипных моторов варьируется в диапазоне от 92,5 до 98% от частоты оборотов n1. Скольжение (Sном) при этом не превышает уровень в 2 – 7,5%.

Чем выше уровень нагрузки, с которой работает мотор, тем ниже частота оборотов электрического мотора. Частота оборотов асинхронного двигателя несущественно снижается при усилении нагрузки в пределах от нуля до максимального значения. Визуально это можно видеть выше, на рисунке А. из этого следует, что электрический агрегат относится к моторам с жесткой механической характеристикой.

М макс., то есть наибольший крутящий момент, агрегат развивает, когда имеется определенное скольжение (Skp), который находится на уровне от 10 до 20 процентов. Соотношение величин Ммакс и Мном указывает на перегрузочную способность мотора. Отношение же Мп к М номинальному, указывает на пусковые качества электродвигателя.

Электрический мотор способен стойко и бесперебойно работать при условии обеспечения самостоятельного регулирования, когда будет автоматически установлено равновесие между моментом нагрузки, нацеленным на вал (Мвн) и М моментом, который развивает непосредственно двигатель. Это условие отлично отображается на верхней части характеристики, при достижении максимального показателя М. Другими словами — до уровня точки В.

В ситуациях, когда момент нагрузки М превышает показатель М макс., то мотор имеет сниженную устойчивость и останавливается. Параллельно с этим по машинным обмоткам будет довольно долго подаваться ток в несколько раз выше номинального, что может привести к перегоранию. Температура деталей растет, из-за превышенного электричества.

При подключении в электрическую цепь роторных обмоток от пускового реостата, на выходе мы получим полный набор механических характеристик. Первый параметр при эксплуатации мотора без стартового реостата, называют естественной характеристикой. Второй, третий и четвертый показатель, которые получаются при подсоединении к роторной обмотке двигателя реостата, обладают сопротивлениями R1п (2п и 3п соответственно), относятся к механическим характеристикам реостатного типа.

Когда же проводится запуск пускового реостата, механическую характеристику называют мягкой или крутопадающей. Это обусловливается тем, что существенно возрастает показатель активного сопротивления роторной цепи R2 и увеличивается Sкр. Параллельно с этим снижается ток запуска. Данная величина (Мп) также регулируется R2. При этом, существует возможность подобрать реостат с определенным сопротивлением, для того, чтобы момент пуска (Мп) равнялся максимальному М.

Электромеханическая характеристика

Показатель является зависимостью угловой скорости оборотов от статорного тока. При использовании сразу нескольких опорных точек можно создать такую характеристику. Для этого проводят расчет таких величин:

• номинальный ток:

Пример вычисления

• критическое скольжение:

Вычисление

• уровень тока в начальные моменты старта.

Начальный момент пуска

Все эти значения максимально точно отображают электромеханическую характеристику.

Устройство пускового двигателя

Конструкция ПД состоит из:

• Системы питания.
• Редуктора пускового двигателя.
• Кривошипно-шатунного механизма.
• Остова.
• Системы зажигания.
• Регулятора.

Остов двигателя состоит из цилиндра, картера и головки цилиндров. Части картера соединены между собой болтами. Штифты очерчивают центр пускового двигателя. Передаточные шестерни защищены специальной крышкой и располагаются в передней части картера, цилиндр — в верхней части. Удвоенные литые стенки создают рубашку, в которую подается вода через патрубок. Колодцы, соединенные двумя продувочными окнами, позволяют смеси поступать в картер.

По своему устройству пусковые двигатели являются двухтактными стартовыми двигателями, идущими в паре с модифицированными дизелями. Двигатели оснащаются однорежимным центробежным регулятором, напрямую подключаемым к карбюратору. Стабильность работы коленвала, как и открытие и закрытие дроссельной заслонки, регулируются в автоматическом режиме. Несмотря на малую мощность (всего 10 лошадиных сил), ПД может вращать коленвал со скоростью 3500 оборотов в минуту.

Рабочие характеристики

Данные параметры указывают на зависимости от полезной мощности Р2 = Р макс. таких показателей:

• частот вращений (n) или скольжения (S);
• валового момента (М2);
• статорного тока I1 ;
• КПД (коэффициента полезного действия).

При этом значения частоты f1 и напряжения U1 должны быть на номинальных уровнях. Они реализуются для областей устойчивого срабатывания мотора. Это означает, что диапазон должен быть от нулевого скольжения до того, которое превышает номинальное на 10 – 20%.

Частота оборотов при растущей отдаваемой мощности мало поддается изменениям. Это уже можно было видеть в механической характеристике, тогда, когда валовый момент М2 пропорциональный показателю мощности Р2. Крутящий момент ниже, чем электромагнитный момент, разница представляет собой значение момента торможения Мтр, который генерируется силами трения.

Статорный ток I1 увеличивается вместе с отдаваемой мощностью, но, когда показатель Р2 равен нулю, присутствует определенный ток для работы на холостых оборотах – I0. Уровень КПД также снижается, практически идентично, как у трансформатора, сохраняя довольно-таки высокое значение, в относительно широком спектре нагрузок.

Наибольший коэффициент полезного действия для асинхронных силовых агрегатов со средними и большими мощностями, варьируется в пределах 0,75 – 0,95. Чем выше мощность машины, тем больше у нее КПД.

Мощностной коэффициент косинус ϕ1 у асинхронных моторов аналогичных характеристик при наличие максимальной нагрузки составляет 0,7 – 0,9.

Исходя из этого, можно видеть, что силовые агрегаты перегружают электрические подстанции и сети питания своими довольно внушительными токами, которые могут достигать от 40 до 70% от номинальных токов. Это – один из самых весомых недостатков установок такого типа.

Если же моторные нагрузки на порядок меньше, например 25 – 50% от рабочих, то мощностной коэффициент падает до недостаточных значений – 0,5 – 0,75. Когда осуществляется снятие нагрузки с мотора, коэффициент мощности уменьшается еще и новые показатели составляют 0,25 – 0,3. Именно поэтому нельзя допускать, чтобы асинхронный двигатель функционировал длительное время на холостых оборотах, а также при существенных недогрузках.

Модели ПД

Некоторые модели пускачей до сих пор используются на тракторах и спецтехнике различных марок и моделей.

• ПД-8. Одноцилиндровый двухтактный двигатель мощностью 5,1 кВТ. Частота вращения коленчатого вала — 4300 оборотов в минуту. Топливная смесь образуется внешним способом при помощи карбюратора. Диаметр и ход цилиндра одинаковы и составляют 62 миллиметра, рабочий объем — 0,2 литра. Степень сжатия топлива — 6,6. В качестве горючего используется смесь дизельного масла и бензина в пропорции 1:15.
• ПД-10. Одноцилиндровый двухтактный двигатель с кривошипно-камерной продувкой. Смесеобразование внешнее, при помощи карбюратора. Ход цилиндра составляет 85 миллиметров, диаметр — 72 миллиметра, объем — 0,346 литра. Крутящий момент — 25 Н/м, степень сжатия горючего — 7,5.
• П-350. Одноцилиндровый двухтактный пусковой двигатель с кривошипно-камерной продувкой. Образование смеси карбюраторное. Ход цилиндра — 85 миллиметров, диаметр — 72 миллиметра, объем цилиндра — 0,364 литра. Крутящий момент 25 Н/м, степень сжатия — 7,5.

Регулировка механизма включения редуктора

Механизм включения редуктора регулируется посредством перевода рычага управления муфтой во включенное положение его поворотом до упора против часовой стрелки. Отклонение рычага от вертикали не должно превышать 45-55 градусов.

Для регулировки угла без изменения валика выкручивают болты, рычаг снимают со шлицев и устанавливают в требуемом положении, после чего болты закручивают. Пусковая шестерня, или бендикс, должна находиться в выключенном положении, для чего рычаг проворачивается против часовой стрелки без перемещений.

Длина тяги регулируется резьбовой вилкой таким образом, чтобы она надевалась на рычаги. Палец рычага пусковой шестерни при этом должен занимать крайнее левое положение прорези. Максимальный зазор между пальцем и прорезью не должен превышать 2 миллиметров. Пальцы шплинтуют после установки тяги, затем затягивают контргайки вилки. Рычаг возвращают в вертикальное положение и соединяют с тягой. Муфта регулирует длину тяги.

После регулировки механизма необходимо убедиться в том, что рычаг перемещается без заедания. Работа механизма проверяется при запуске. Пусковая шестерня не должна скрежетать во время работы пускового двигателя.

При правильной регулировке и настройке всех механизмов и деталей обеспечивается стабильная работа двигателя.

Регулировка момента зажигания

Момент зажигания пускового двигателя регулируется после выкручивания свечи зажигания. В отверстие цилиндра опускается глубомер штангенциркуля. Минимальное расстояние до днища поршня показывается глубомером в момент поворота коленчатого вала и поднятия поршня в верхнюю мертвую точку. После этого коленвал проворачивается в обратную сторону, а поршень опускается ниже мертвой точки на 5,8 миллиметра. Контакты прерывателя магнето должны при этом размыкаться кулачком ротора. Если этого не происходит, то магнето поворачивается до размыкания контактов и фиксируется в данном положении.

Преимущества пусковых ДВС и предъявляемые к ним требования

Среди достоинств двигателей отмечают возможность подогрева моторного масла в картере при помощи отработанных газов и прогрева охлаждающей системы посредством циркуляции охлаждающей жидкости через рубашку охлаждения.

Карбюраторные двигатели принципиально отличаются от других моторов системой питания, включающей топливную систему и устройства, обеспечивающее его питание воздухом.

Основные требования, предъявляемые к карбюраторам:

• Быстрый и надежный пуск двигателя.
• Тонкое распыление топлива.
• Обеспечение быстрого и надежного запуска двигателя.
• Точное дозирование горючего для обеспечения отличных мощностных и экономических показателей во всех режимах работы двигателя.
• Возможность плавного и быстрого изменения режима работы двигателя.