Электродвигатель, работающий на переменном токе, использующий вращающееся магнитное поле, которое создается статором, называют асинхронным, если частота поля отличается от той, с которой вращается ротор. Широко распространены электродвигатели асинхронные трехфазные. Технические характеристики их важны для правильной эксплуатации. К ним относятся механические характеристики и рабочие. К первым относят зависимость частоты, с которой вращается ротор, от нагрузки. Зависимость между этими величинами обратно пропорциональная, т.е. чем нагрузка больше, тем частота меньше.
При этом, как видно из графика, на промежутке от нуля до максимального значения, с увеличением нагрузки снижение частоты незначительно. О таком электродвигателе асинхронном говорят, что его механическая характеристика жесткая.
Электродвигатели асинхронные в изготовлении несложные и надежные, поэтому применяется широко.
Выделяют 3 вида асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором:
одно-, двух и трехфазные, а кроме них – асинхронные с фазным ротором.
У первого типа на статоре есть единственная обмотка, на которую поступает переменный ток. Для запуска двигателя асинхронного пользуются обмоткой статора дополнительной, подключаемой на короткое время к сети через емкость или индуктивность, или же замыкаемой накоротко, чтобы добиться начального сдвига фаз, нужного для того, чтобы привести ротор во вращение.
Без этого его не могло бы сдвинуть магнитное поле статора. У такого мотора, как у каждого асинхронного, ротор делают в виде цилиндрического сердечника с алюминиевыми залитыми пазами и лопастями для вентиляции. Подобный ротор, называемый «беличьей клеткой», называется короткозамкнутым.
Электродвигатели асинхронные устанавливают в приборах не требующих большой мощности, типа небольших насосов и вентиляторов.
Второй тип, т.е. двухфазные – намного эффективнее. На статоре у них две обмотки, которые находятся перпендикулярно друг к другу. При этом на одну из них подают переменный ток, другую соединяют с фазосдвигающим конденсатором, благодаря которому создается магнитное вращающееся поле.
У них также есть короткозамкнутый ротор. Их область использования намного шире, в сравнении с первыми. Двухфазные машины, питающиеся от однофазной сети, называются конденсаторными, поскольку в них обязательно должен стоять фазосдвигающий конденсатор.
У трехфазный имеется три обмотки на статоре, сдвиг между которыми составляет 120 градусов, поэтому и поля их смещаются на такую же величину при включении. Включив в переменную трехфазную сеть такой электродвигатель, замкнутый накоротко, вращение ротора происходит благодаря появляющемуся магнитному полю.
Обмотки соединяют по одной из схем - «треугольник» или «звезда». Но, у второго соединения напряжение выше, а указано оно на корпусе двумя величинами – 127/220 или же 220/380. Эти моторы незаменимы для работы лебедок, разнообразных станков, кранов подъемных, циркулярок.
Идентичный статор имеется у моторов с фазным ротором. Магнитный провод (шихтовый) уложен у них в пазы вместе с тремя обмотками. Но отсутствуют залитые стержни алюминиевые, но имеется полноценная обмотка, соединена которая «звездой». Три ее конца выводятся на контактные кольца, которые насаживают на роторный вал и изолируют от него.
1 - кожух и жалюзи;
2 – щетки;
3 – держатели щеток со щеточной траверсой;
4 - крепящий траверсу палец;
5 - выводы со щеток;
6 – колодка;
7 – изолирующая втулка;
8 и 26 – контактные кольца;
9 и 23- крышки наружная подшипника и внутренняя;
10 – шпилька, крепящая крышку подшипника к коробке;
11 – щит задний подшипника;
12 и 15- обмотки ротора;
13 – держатель обмотки;
14 - роторный сердечник;
16 и 17 - щит передний подшипника и его наружная крышка;
18 – отверстия для вентиляции;
20 - статорный сердечник;
21 - шпильки наружной крышки подшипника;
22 – бандаж;
21 – подшипник;
25 – вал;
27 - выводы роторной обмотки
Подключить мотор можно напрямую или через реостат, подав посредством щеток переменное напряжение (трехфазное) на кольца. Последний относится к самому дорогому электродвигателю асинхронному трехфазному. Характеристики его, в частности пусковой момент, под нагрузкой намного большие, благодаря чему их ставят в устройствах, которые запускаются под нагрузкой: в лифтах, подъемных кранах и пр.
Распространены эти электродвигатели достаточно широко на производстве и в быту, поскольку по эффективности они превосходят моторы, работающие от двухфазной сети.
Если у электродвигателя присутствует статор – неподвижный узел, и подвижный ротор, разделенные прослойкой воздуха, т.е. механически не взаимодействующие, а частоты вращения ротора и магнитного поля не одинаковы, его называют асинхронным электродвигателем. Устройство и принцип работы описан ниже.
На статоре находятся три обмотки с магнитопроводом внутри. Сам статор набирается из пластин, изготовленных из электротехнической стали. Расположены они под углом 120 градусов по отношению друг к другу и закреплены в пазах неподвижного статора. Конструкция ротора опирается на подшипники. Для вентиляции предусмотрена крыльчатка.
Видео: Электродвигатель
Из-за того, что между частотой, с которой вращается ротор и магнитное поле, существует задержка, т.е. первый как бы догоняет поле, но сделать этого не может из-за меньшей частоты вращения, его называют асинхронным электродвигателем. Принцип работы заключается в индуцировании токов ротором, создающим свое поле, которое, в свою очередь, взаимодействует со статорным магнитным полем, заставляя двигаться ротор.
Скорость вращения вала можно изменять, используя регулятор скорости вращения асинхронного электродвигателя, т.е. метод изменения ее регулирования с помощью изменения фазного напряжения или с использованием широтно-импульсной модуляции.
В качестве регулятора скорости вращения электродвигателя использовать можно инвертор (регулятор-стабилизатор напряжения), который играть будет роль источника питания. Напряжение питания после регулятора изменяться будет в соответствие с частотой вращения.
Могут электродвигатели быть многоскоростными, т.е. предназначенные для механизмов, которым необходимо ступенчатое регулирование частоты вращения. В их маркировке присутствуют символы: АОЛ, АО2, 4А и др. Схема подключения есть в паспорте или приведена на клеммной коробке.
Важной особенностью двухскоростных является возможность функционирования в двух режимах. Они маркируются (отечественные): АМХ, АД, АИР, 5АМ, АИРХМ. Чтобы подобрать импортный двигатель двухскоростной, нужно точно указать данные таблицы, имеющейся на корпусе.
Главным достоинством является:
Недостатки, конечно, тоже имеются.
К ним относятся:
Есть два варианта подключения, обеспечивающие работу асинхронного электродвигателя - схема подключения «звезда» и «треугольник».
Ее применяют для трехфазной цепи, у которой величина линейного напряжения составляет 380 вольт. Особенностью соединения звездой является то, что концы обмоток должны соединяться в одной точке: С4, С5 и С6 (U2, V2 и W2). Начала же обмоток: С1, С2 и С3 (U1, V1 и W1), подключаются к проводникам A, B и C (L1, L2 и L3) через коммутационную аппаратуру.
Напряжение между началами соответствует 380 вольтам, а в местах, где соединяются с обмотками фазные проводники – 220в.
Подключение асинхронного электродвигателя на 220 обозначается Y. Для защиты от перегрузок электродвигателя в точке соединения обмоток подключают нейтраль.
Подобное соединение, двигателю электрическому, который приспособлен к работе от 380 вольт, не позволяет достигать полной мощности, поскольку напряжение обмоток всего 220в. Но зато оно защищает от перегрузок по току, благодаря чему старт является плавным.
Взглянув в коробку с клеммами легко понять, по какой схеме выполнено подключение. Если присутствует перемычка, соединяющая 3 вывода, то используется «звезда».
Если концы обмоток соединены с началом предыдущих, значит это «треугольник».
По старой маркировке С4 соединяют с выводом С2, далее - С5 с С3, а С6 с С1. В новом варианте маркировки это выглядит так: соединяют U2 и V1, V2 и W1, W2 и U1. Величина напряжения между обмотками равно 380 в. Но, не требуется при этом соединение с нейтралью, или «рабочим нулем». Особенностью этого подключения являются большие значения пусковых токов, опасных для проводки.
В практике порой используют подключение комбинированное, т.е. во время запуска и разгона применяют «звезду», а «треугольник» используют в дальнейшем, т.е. рабочем режиме.
Определить, что для подключения применили схему «треугольник» поможет клеммная коробка, точнее три перемычки между клеммами.
Энергия, которую подают на статорные обмотки преобразуется асинхронным электродвигателем в энергию вращения ротора, т.е. механическую. Но величина мощности на выходе и входе – разные, поскольку часть ее теряется на вихревые токи и гистерезис, на трение и нагрев.
Она рассеивается в виде выделяемого тепла, поэтому и для охлаждения и нужен вентилятор. Тем не менее, кпд асинхронных электродвигателей в широком диапазоне нагрузок высок и достигает 90% и 96% для очень мощных.
Основным достоинством трехфазных, если сравнивать с одно- и двухфазными моторами, считается экономичность. В этом случае, для передачи энергии имеется три провода, а относительный сдвиг токов в них равен 120 градусов. Значение амплитуд и частот с синусоидальным ЭДС одинаково на разных фазах.
Важно: при любом соединении, зависящем от напряжения, соединяться концы обмоток могут внутри мотора (три выходящих из него провода) или выводиться наружу (6 проводов).
Присутствие в маркировке буквы «У» говорит о том, что назначение электродвигателя – работа в умеренном климате, где годичные температуры находятся в диапазоне + 40 градусов – 40 градусов. Для тропического климата должна присутствовать в маркировке «Т».
Значит, работает мотор нормально в интервале температур от +50 до -10. Для морского климата в обозначении есть «ОМ», для всех районов, кроме очень холодных – «О» (+35 – 10 градусов). Наконец, для районов с очень холодным климатом – «УХЛ», что означает нормальное функционирование при температуре от плюс 40 до минус шестидесяти градусов.
Делятся электродвигатели и по вариантам специального исполнения. Если вы видите букву «С», означает это, что двигатель с повышенным скольжением. Если «Р» - с высоким пусковым моментом, «К» - с фазным ротором, с «Е» - электромагнитным встроенным тормозом.
Помимо этого, они бывают:
Помимо моторов асинхронных, существуют синхронные, отличающиеся от первых тем, что частота вращающегося ротора, соответствует той, которую имеет магнитное поле. Его главными элементами являются индуктор, находящийся на роторе, и якорь, располагающийся на статоре. Их разделяет, как и у асинхронных, воздушная прослойка. Функционируют они как электродвигатель или генератор.
В первом варианте устройство функционирует благодаря взаимодействию магнитного поля, создаваемого на якоре, с полем на полюсах индуктора. Функционирование в режиме генератора обеспечивает электромагнитная индукция, вызванная вращающимся якорем в магнитном поле, сформированном в обмотке.
Поле, взаимодействует с фазами обмотки статора по очереди, образуя электродвижущую силу. По конструкции синхронные моторы более сложные, чем асинхронные.
Вывод: у синхронных электродвигателей частота вращения ротора одинакова с частотой магнитного поля, а у асинхронного они разные.
Эти особенности определяют использование первых там, где нужна мощность 100 кВт и больше, вторых – в случаях до 100 кВт.
Видео: Асинхронный двигатель.Модель и принцип работы.
Интересные материалы:
Что важно знать о схемах подключения трехфазного электродвигателя на 220 вольт Что нужно для сборки квадрокоптера своими руками, пошаговая сборкаmotocarrello.ru
Электрические двигатели — устройства, преобразовывающие электроэнергию, получаемую из распределительных сетей, в механическую энергию вращения. В состав любого двигателя входят следующие элементы: корпус для защиты от попадания пыли и влаги, неподвижная часть (статор), жестко прикрепленная к корпусу, неподвижные обмотки и магнитопроводы, часть, которая вращается (ротор). Ротор насаживается на вал, вращаемый в двух подшипниковых узлах. Конец выходит наружу, имеет канавку, где закрепляются шкивы или шестерные привода.
Узлы подшипников располагаются в пределах двух съемных крышек, закрывающих корпус с торцов, стягиваются между собой с помощью длинных шпилек (трех-четырех). В задней части вала размещена крыльчатка вентилятора, который обдувает и охлаждает обмотки.
Конструкция таких устройств отличается удобством обслуживания и проведения ремонта — их легко разобрать и собрать.
Асинхронные двигатели бывают однофазными и трехфазными. Первые применяются преимущественно до мощности 2,2 кВт. Ограничение действует из-за большого пускового и рабочего тока. Принцип действия одинаковый, но у однофазных более низкий пусковой момент.
Самое главное достоинство трехфазной системы электроснабжения состоит в том, что создается электрическое поле, имеющее способность вращаться. Если на неподвижном статоре располагаются три обмотки с магнитомягкими (материалы, способны с легкостью перемагничиваться) сердечниками, а в дальнейшем происходит подача напряжения последовательно от каждой из фаз, то сердечники постепенно намагничиваются от поступающего тока и создают магнитное поле, перемещающееся в пределах окружности.
Асинхронный трехфазный электродвигатель применяется в разных отраслях промышленности и в сельском хозяйстве.
Скорость вращения магнитного поля в статоре можно легко снизить, используя чисто конструктивные методы, к примеру, увеличив число обмоток на окружности вдвое (из трех до шести).
Изобретатель М. О. Доливо-Добровольский придумал, как можно усовершенствовать двигатель избавившись от коллекторов, имеющих ряд недостатков. Так, он предложил обмотку ротора выполнять в виде короткозамкнутых витков, ток в которых будет заводить переменное магнитное поле статора. Внешне такое решение представляет собой два кольца, соединенных между собой поперечными проводниками, — «бельчье колесо». Такой устройство еще называется двигателем с короткозамкнутым ротором.
Принцип действия примерно следующий: при запуске переменное поле статора возбудит в проводниках сильный ток, что приведет к намагничиванию сердечника ротора, он будет притянут статорными магнитами и начнет вращение. Чтобы ток стабильно появлялся в замкнутых витках, необходимы постоянные колебания магнитного поля, поэтому ротор вращается медленнее магнитного поля. Именно от такого «запаздывания» двигатели начали называть асинхронными, а разница вращений — скольжение.
Скольжение является переменной величиной. При запуске оно достигает максимальных значений, постепенно уменьшаясь и достигая минимальных значений на холостом ходу (примерно 3%). Если есть нагрузка на вал, скольжение пропорционально увеличивается и возрастает вместе с нагрузками (около 7%).
Конструкция этого типа оказалась настолько удачной, что большинство электроприводов всего мира производятся на базе трехфазных асинхронных устройств, имеющих короткозамкнутый ротор. Они имеют ряд преимуществ, в частности, обладают:
Исключительной простотой, надежностью и долговечностью;Простота переключения фазных проводов может быть как преимуществом, так и недостатком. Производя замену силового кабеля, нужно особое внимание уделять оборудованию, запомнить, как оно ранее было подключено. Делая монтаж, следует обязательно перепроверить на запасном двигателе фазировку проводов, ведь оборудование может запросто выйти из строя, если сделана неверная фазировка.
Слабые стороны асинхронного трехфазного двигателя:
tokar.guru
Электродвигателем называется такое электромеханическое устройство, которое преобразует электрическую энергию в механическую энергию. При использовании трёхфазной системы переменного тока, наиболее широко используется трёхфазный асинхронный двигатель, так как этот тип двигателя не требует в большинстве случаев пускового устройства. Большинство трёхфазных асинхронных двигателей запускается в работу с помощью прямого пуска с использованием коммутационных аппаратов.
Для лучшего понимания принципа работы трёхфазного асинхронного двигателя, необходимо знать его основные конструкционные особенности.
Этот двигатель состоит из двух основных частей, неподвижной части – статора, и вращающейся части – ротора.
Статор трёхфазного асинхронного двигателя имеет слоты (пазы), в которых размещаются обмотки на каждую фазу. Трёхфазная обмотка расположена таким образом, чтобы быть способной создать вращающееся магнитное поле при протекании по обмоткам переменного тока (AC) от трёх источников питания.
Ротор трёхфазного асинхронного двигателя состоит из цилиндрического ламинированного сердечника имеющего параллельные пазы на периферии. В этих пазах расположены проводники, которые замкнуты на конечных кольцах с торцов ротора. Эти проводники в виде стержней образуют короткозамкнутую обмотку ротора типа «беличья клетка».
Проводники на роторе выполнены обычно из алюминия, а также могут быть сделаны из меди или латуни. Пазы для проводников немного повёрнуты на поверхности ротора, поэтому они расположены под некоторым углом к валу ротора. Такое расположение позволяет уменьшить магнитное сцепление в момент пуска двигателя, а также сделать работу двигателя плавной, без рывков и пробуксовки.
Прежде всего, для работы трёхфазного асинхронного двигателя, необходимо создать вращающееся магнитное поле.
Обмотки, которые расположены на статоре, равномерно смещены на 120 градусов относительно друг друга. Обмотка каждой фазы смещена относительно двух других на угол 120 градусов, то есть по обе стороны через 120 градусов расположены соседние фазы. Статор представляет собой полый цилиндр, который в сечении представляет собой кольцо. Внутри такого цилиндра расположен ротор. Три источника тока, отличатся друг от друга фазовым сдвигом. Этот сдвиг также составляет 120 градусов. В итоге, при прохождении трёхфазного переменного тока в обмотках статора, внутри статора образуется вращающееся магнитное поле.
В чем секрет создания вращения магнитного поля? Так как ток переменный, то создаваемое каждой фазой магнитное поле будет также переменным. Магнитный поток, который порождается прохождением тока в каждой обмотке, будет изменяться во времени точно также как породивший его ток. В то время когда один магнитный поток от первой фазы будет возрастать по величине, магнитный поток от второй фазы достигнет своего максимального значения и начнёт убывать по величине, магнитный поток от третьей фазы будет всё более уменьшаться, пока не достигнет своего минимального значения.
Магнитный поток переменного синусоидального тока любой из фаз изменяется по величине и направлению, тем самым чередуясь и пульсируя. Там где ранее был северный магнитный полюс, становится южный, а там где был южный полюс, там на его месте образуется северный полюс. Магнитное поле как бы пульсирует, но не вращается. Если пространственно равномерно по окружности расположить три катушки (соленоиды) так, чтобы их сердечники были направлены к центру окружности, а затем соединить в один общий магнитопровод наружные концы соленоидов (катушек), то мы получим прототип статора трёхфазного асинхронного двигателя. Подключив каждую катушку к источнику переменного тока, а именно к трём разным фазам, которые сдвинуты относительно друг друга на 120 градусов, мы получим не пульсирующее, а вращающееся магнитное поле.
По той причине, что магнитопровод будет общим, пульсирующие магнитные потоки от каждой катушки будут складываться с учётом направления и величины, тем самым образуя вращающийся вектор магнитного потока. Это удивительно, потому как статор неподвижен, но представляет собой магнит, поле такого магнита вращается, но статор остаётся неподвижен!!!
Как же преобразуется в дальнейшем электрическая энергия в механическую энергию? Если в статор, по обмоткам которого протекает трёхфазный ток и, соответственно, внутри него сосредоточено вращающееся магнитное поле, внести металлический предмет, то на него будет действовать механическая сила, которая будет пытаться этот предмет выкинуть из поля статора.
Как такое происходит? Магнитный поток статора индуцирует в короткозамкнутом роторе асинхронного двигателя ЭДС, так как цепь ротора замкнута, то по ней будет протекать электрический ток, который создаст второй магнитный поток – поток ротора. Взаимодействие двух встречных потоков ротора и статора создаст крутящий момент на роторе, и он начнёт вращаться. В соответствии с законом Ленца, ротор будет вращаться в том направлении, которое позволяет уменьшить магнитный поток статора.
Следует заметить, что принцип работы асинхронного двигателя не допускает синхронной скорости ротора с магнитным полем статора. В этом случае исчезнет ЭДС индукции в роторе, и ротор начнёт останавливаться. Синхронизация не достижима для асинхронного электродвигателя, скорость ротора в двигательном режиме может быть меньше скорости вращения магнитного поля.
Если ротору придать дополнительный крутящий момент от внешнего механического источника, так, чтобы его скорость стала больше чем скорость вращающегося магнитного поля статора, тогда электрическая машина перейдёт в генераторный режим работы, при котором происходит преобразование механической энергии в электрическую энергию.
Разница скоростей между статором и ротором позволяет говорить о таком явлении как скольжение ротора в магнитном поле статора. Необходимо помнить, что асинхронная электрическая машина переменного тока – это обратимая машина, которая может работать как в генераторном, так и двигательном режимах.
Дата: 26.01.2016
© Valentin Grigoryev (Валентин Григорьев)
Тег статьи: Асинхронные двигатели
Все теги раздела Электротехника:Электричество Закон Ома Электрический ток Электробезопасность Устройства Биоэлектричество Характеристики Физические величины Электролиз Электрические схемы Асинхронные двигатели
www.electricity-automation.com
Трехфазный асинхронный двигатель состоит из неподвижного статора и ротора. Три обмотки размещены в пазах на внутренней стороне сердечника статора асинхронного двигателя. Обмотка же ротора асинхронного двигателя не имеет электрического соединения с сетью и с обмоткой статора. Начало и концы фаз обмоток статора присоединяют к зажимам в коробке выводов по схеме звезда или треугольник.
Асинхронные двигатели в основном различаются устройством ротора, который бывает двух типов: фазный или короткозамкнутый. Обмотка короткозамкнутого ротора асинхронного двигателя выполняется на цилиндре из медных стержней и называется "беличьей клеткой". Торцевые концы стержней замыкают металлическими кольцами. Пакет ротора набирают из электротехнической стали. В двигателях меньшей мощности стержни заливают алюминием. Фазный ротор и статор имеют трехфазную обмотку. Фазы обмотки соединяют звездой или треугольником и ее свободные концы выводят на изолированные контактные кольца.
Получение вращающегося магнитного поляОбмотка статора асинхронного двигателя в виде трех катушек уложена в пазы расположенные под углом в 120 градусов. Начало и конца катушек обозначаются соответственно буквами A, B, C и X,Y,Z. При подаче на катушки трехфазного напряжения в них установятся токи Ia, Ib, Ic и катушки создадут собственное переменное магнитное поле. Ток в любой катушке положительный, когда он направлен от начала к ее концу и отрицательный при обратном направлении. Векторы намагничивающей силы совпадают с осями катушек, а их величина определяется значениями токов, направление результирующего вектора совпадает с осью катушки. Вектор результирующей намагничивающей силы поворачивается на 120 градусов сохраняя величину совпадает с осью соответствующей катушки. Таким образом за период, результирующее магнитное поле статора совершает оборот с неизменной скоростью. Работа трехфазного асинхронного двигателя основана на взаимодействии вращающегося магнитного поля с токами наводимыми в проводниках ротора.
Принцип работы трехфазного асинхронного двигателяСовокупность моментов созданных отдельными проводниками образует результирующий вращающий момент двигателя, возникает электромагнитная пара сил, которая стремится повернуть ротор в направлении движения электромагнитного поля статора. Ротор приходит во вращение приобретает определенную скорость, магнитное поле и ротор вращаются с разными скоростями или асинхронно. Применительно к асинхронным двигателям, скорость вращения ротора всегда меньше скорости вращения магнитного поля статора.
В асинхронных двигателях с большим моментом инерции необходимо увеличение вращающего момента с одновременным ограничением пусковых токов - для этих целей применяют двигатели с фазным ротором. Для увеличения начального пускового момента в схему ротора включают трехфазный реостат. В начале пуска он введен полностью, пусковой ток при этом уменьшается. При работе реостат полностью выведен. Для пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором применяют три схемы: с реактивной катушкой, с автотрансформатором и с переключением со звезды на треугольник. Рубильник последовательно соединяет реактивную катушку и статор двигателя. Когда скорость ротора приблизится к номинальной, замыкается рубильник, он закорачивает катушка и статор переключаются на полное напряжение сети. При автотрансформаторном пуске по мере разгона двигателя, автотрансформатор переводится в рабочее положение, в котором на статор подается полное напряжение сети. Пуск асинхронного двигателя с предварительным включением обмотки статора звездой и последующим переключением ее на треугольник дает трехкратное уменьшение тока.
Изменение частоты вращения ротора трехфазного асинхронного двигателяПараллельные обмотки двух фаз образуют одну пару полюсов сдвинутые в пространстве на 120 градусов. Последовательное соединение обмоток образует две пары полюсов, что дает возможность уменьшить скорость вращения в два раза. Для регулирования скорости вращения ротора изменением частоты тока используют отдельный источник тока или преобразователь энергии с регулируемой частотой выполненный на тиристорах.
Способы торможения двигателейПри торможении противовключением меняются два провода соединяющих трехфазную сеть с обмотками статора, изменяя при этом направление движения магнитного поля машины. При этом наступает режим электромагнитного тормоза. Для динамического торможения обмотка статора отключается от трехфазной сети и включается в сеть постоянного тока. Неподвижное поле статора заставляет ротор быстро останавливаться. Асинхронные двигатели нашли широкое применение в промышленности. В строительных механизмах, на металлообрабатывающих станках, в кузнечно-прессовом оборудовании, в силовых приводах прокатных станов, в радиолокационных станциях и многих других отраслях.
ruaut.ru
Электричество стало самым популярным видом энергии только за счет электрического двигателя. Двигатель, с одной стороны, - вырабатывает электрическую энергию, если его вал принудительно крутить, а с другой - способен преобразовать электрическую энергию в энергию вращения. До великого Тесла все сети были постоянного тока, а двигатели соответственно только постоянными. Тесла применил переменный ток и построил двигатель переменного тока. Переход на переменные двигатель был необходим чтобы избавиться от щеток - подвижного контакта. С развитием электроники трехфазным двигателям было дано новое качество - регулирование скорости тиристорными приводами. Именно в плане регулирования скоростью переменные проигрывали постоянным. Конечно, в болгарках есть щетки и коллектор, но здесь так было проще, а вот в холодильниках двигатель без щеток. Щетки достаточно неудобная штука и все производители дорогой техники стараются этот момент обойти.
Трехфазные двигатели самые распространенные в промышленности. Принято считать, по аналогии с постоянными двигателя, что у переменника также есть полюса. Пара полюсов - это одна катушка обмотки, намотанная на станке в виде овала и вставленная в пазы статора. Чем больше пар полюсов, тем меньше двигатель развивает оборотов и тем выше крутящий момент на валу ротора. У каждой фазы несколько пар полюсов. К примеру, если на статоре 18 пазов для обмотки, то на каждую фазу приходится 6 пазов и значит у каждой фазы 3 пары полюсов. Концы обмоток выводятся на клеммник на котором можно скоммутировать фазы либо в звезду, либо в треугольник. На двигателе приклепана бирка с данными, обычно "звезда / треугольник 380 / 220 В." Это означает, что при линейном напряжении сети в 380 В нужно включать двигатель по схеме звезда, а при линейном 220 В - треугольник. Наиболее распространена схема "звезда" и эту сборку проводов прячут внутрь двигателя, выводя на обмотки лишь три конца фаз.
Все двигатели крепятся к станкам и приспособам при помощи лап или фланца. Фланец - для крепления двигателя со стороны вала ротора в подвешенном состоянии. Лапы нужны для фиксации двигателя на плоской поверхности. Для того чтобы закрепить двигатель, нужно взять лист бумаги, поставить лапами на этот лист и точно разметить отверстия. После этого, приложить лист к поверхности крепежа и перенести размеры. Если двигатель плотно стыкуется с другой частью, то нужно выставить его относительно крепежа и вала, а только затем размечать крепление.
Двигатели бывают самых разных размеров. Чем больше размеры и масса, тем мощнее двигатель. Какие бы они ни были по размеры, изнутри все одинаковые. С передней стороны выглядывает вал со шпонкой, с другой стороны зад прикрыт накладной пластиной-кожухом.
Обычно клеммные колодки вставляются в коробки на двигателе. Это позволяет удобно производить монтаж, но в силу многих факторов такие колодки отсутствуют. Поэтому все делается надежной скруткой.
Бирка с паспортными данными говорит про мощность двигателя (0,75 кВт), скорость (1350 оборотов в минуту), частоту тока сети (50 Гц), напряжение треугольник - звезда (220/380), коэффициент полезного действия (72%), коэффициент мощности (0,75).
Здесь не указаны сопротивление обмоток и ток двигателя. Сопротивление достаточно мало, если измерять омметром. Омметр измеряет активную составляющую, но не касается реактивной, т.е индуктивности. При включении двигателя в сеть, ротор стоит на месте и вся энергия обмоток замыкается на нем. Ток в этом случае превышает номинальный в 3 - 7 раз. Затем ротор начинает разгоняться под действием вращающегося магнитного поля, индуктивность растет, растет реактивное сопротивление и ток падает. Чем меньше двигатель, тем выше его активное сопротивление (200 - 300 Ом) и тем больше ему не страшен обрыв фазы. Большие двигатели обладают малым активным сопротивлением (2 - 10 Ом) и для них смертелен обрыв фазы.
Формула для расчета тока двигателя следующая.
Если подставить значения для разбираемого двигателя, то получится следующее значение тока. Нужно учесть, что получившийся ток одинаковый по всем трем фазам. Здесь мощность выражается в кВт (0,75), напряжение в кВ (0,38 В), КПД и коэффициент мощности - в долях от удиницы. Получившийся ток - в амперах.
Разбору двигателя начинают с откручивая кожуха крыльчатки. Кожух нужен для безопасности персонала - чтобы руки не совали в крыльчатку. Был случай, инженер по охране труда, показывая студентам токарный цех, со словами "а вот так делать нельзя", сунул палец в дыру в кожухе и наткнулся на вращающуюся крыльчатку. Палец отрубило, студента хорошо запомнили урок. Все крыльчатки снабжаются кожухами. На предприятиях с малым уровнем доходности, вместе с кожухом снимают и крыльчатку.
Крыльчатка на валу фиксируется крепежной пластиной. В больших двигателях крыльчатка металлическая, в малых двигателях - пластиковая. Для съема нужно отогнуть усик пластинки и осторожно подтянув с двух сторон отвертками стягивать с вала. Если крыльчатка сломалась, то обязательно нужно поставить другую, ведь без нее нарушится охлаждение двигателя, что будет вызывать перегрев и в итоге станет причиной пробоя изоляции двигателя. Делается крыльчатка из двух полосок жести. Жесть изгибается полукольцами вокруг ротора, стягивается двумя болтами с гайками, чтобы плотно сидела на валу, а свободные концы жести отгибаются. Получится крыльчатка на четыре лопасти - дешево и сердито.
Важным элементом является шпонка на валу двигателя. Шпонка случит для виксации ротора в посадочной втулке или шестерне. Шпонка препятствует проворачиваю ротора относительно посадочного элемента. Набивать шпонку - тонкое дело. Лично я вначале немного насаживаю шестерню на ротор, набиваю ее на 1/3 и только затем вставляю шпонку и немного забиваю ее. После насаживаю всю шестерню вместе со шпонкой. При таком способе шпонка не вылезет в другой стороны. Здесь все дело в проточке канавки под шпонку. Со стороны ближней к корпусу двигателя канавка для шпонки имеет вид горки по которой очень плавно и легко шпонка выезжает. Бывают и другие виды канавок - закрытые с овальной шпонкой, но более распространены шпонки квадратного сечения.
Со стороны обоих крышек есть болты. Для дальнейшей разборки двигателя их нужно выкрутить и сложить в баночку - чтобы не потерять. Эти болты крепят крышки в статору. В крышках плотно сидят подшипники. После выкручивая всех болтов крышки должны сойти, но они укоревают и сидят очень плотно. Нельзя ломами или отвертками, цепляя за уши для крепления кожуха сдирать крышки. Крышки хоть и сделаны из дюраля или чугуна, но очень ломкие. Проще всего ударить по валу через бронзовую надставку, или поднять двигатель и валом сильно ударить по твердой поверхности. Съеник также может сломать крышки.
Если крышки подались - все отлично. Одна сойдет хорошо, вторую через двигатель нужно выбить палкой. Подшипники нужно выбивать палкой с обратной стороны крышки. Если же подшипник не сидит в крышке, а болтается, то нужно взять керн и накернить всю поверхность посадки подшипника. Затем набить подшипник. Подшипник не должен давать биение и скрип. При ремонте неплохо ножом вскрыть закрытые подшипники ножом, удалить старую смазку и заложить на 1/3 объема новую смазку.
Статор асинхронного двигателя переменного тока изнутри покрыт обмотками. Со стороны шпонки на роторе эти обмотки считаются лобовыми и это перед двигателя. На лобовые обмотки приходят все концы катушек и здесь катушки собираются в группы. Для сборки обмоток нужно намотать катушки, вставить в пазы статора изоляционные прокладки, которые отделят стальной статор от покрытой изоляцией медной проволоки обмотки, заложить обмотки и сверху накрыть вторым слоем изоляции и зафиксировать обмотки изоляционными палочками, сварить концы обмоток, натянуть на них изоляцию, вывести концы для подключения напряжения, пропитать весь статор в ванне с лаком и высушить статор в печи.
Ротор асинхронного двигателя переменного тока короткозамкнут - нет обмоток. Вместо них набор трансформаторной стали круглого сечения с несимметричной формой. Видно, что канавки идут по спирали.
Одним из методов запуска трехфазного двигателя линейного напряжения от двухпроводной сети фазного напряжения является включение между двумя фазами рабочего конденсатора. К сожалению, рабочий конденсатор не может запустить двигатель, нужно двигатель крутануть за вал, но это опасно, но можно параллельно рабочему конденсатору включить дополнительный пусковой конденсатор. При таком подходе двигатель будет запускаться. Однако, при достижении номинальных оборотов, пусковой конденсатор нужно отключить, оставив только рабочий.
Рабочий конденсатор выбирается из расчета 22 мкФ на 1 кВт двигателя. Пусковой конденсатор выбирается из расчета в 3 раза больше рабочего конденсаторы. Если есть двигатель на 1,5 кВт, то Ср = 1,5*22 = 33 мкФ; Сп = 3*33 = 99 мкФ. Конденсатор нужен только бумажный с напряжением минимум 160 В при включении обмоток в звезду и 250 В при включении обмоток в треугольник. Стоит отметить, что лучше использовать включение обмоток в звезду - больше мощности.
Китайцы не сталкиваются с проблемой сертификации или регистрации, поэтому все нововведения из журналов "Радио" и "Моделист кструктор" делаются моментально. Например, вот такой трехфазный двигатель, который возможно включать на 220 В причем в автоматичесаком режиме. Для этого рядом с лобовыми обмотками расположена подковообразная пластина с нормальнозамкнутым контактом.
В распределительной коробке вместо клеммника вставлены конденсаторы. Один на 16 мкФ 450 В - рабочий, второй на 50 мкФ 250 В - пусковой. Почему такая разница в напряжении непонятно, видимо пихали то, что было.
На роторе двигателя расположена подпружиненная пластмассина, которая под действием центробежной силы давит на подковообразный контакт и размыкает цепь пускового конденсатора.
Получается, что включении двигателя оба конденсаторы подключены. Ротор раскручивается до определенных оборотов, при которых китайцы считают, что запуск завершен, пластина на роторе смещается, надавливая на контакт и отключая пусковой конденсатор. Если оставить пусквой конденсатор подключенным, то двигатель будет перегреваться.
Для запуска двигателя от системы 380 В нужно отключить конденсаторы, вызвонить обмотки и подключить напряжение трехфазной сети к ним.
Всем удачного разбора.
www.volt-220.com
Электродвигателем называется устройство, преобразующее электрическую энергию, получаемую из сети распределения, в механическую энергию вращения. Любой электродвигатель состоит из корпуса, защищающего устройство от пыли и влаги, неподвижной части (статора), жёстко скреплённой с корпусом, имеющей неподвижные обмотки и магнитопроводы, и вращающейся части, называемой ротором. Ротор жёстко насажен на вал, который вращается в двух подшипниковых узлах (переднем и заднем), конец вала выведен наружу и имеет шпоночную канавку для закрепления шкивов или шестерён привода.
Подшипниковые узлы находятся в двух съёмных крышках, которые закрывают корпус с торцов и стягиваются между собой длинными шпильками (как правило, тремя-четырьмя). На заднем конце вала закрепляется крыльчатка вентилятора, который служит для обдува и охлаждения обмоток. Вентилятор прикрывается крышкой с отверстиями для выхода воздуха. Снаружи на корпусе закрепляется коммутационная коробка, внутри которой находятся клеммы подключения. Коробка герметично (через резиновую прокладку) закрывается крышкой для защиты клемм подключения от влаги и пыли.
Конструкция электродвигателя весьма удобна для обслуживания и ремонта – двигатель легко разбирается, обеспечивая доступ к любой части, и собирается.
Одним из главных преимуществ трёхфазной системы электроснабжения является то, что из-за сдвига фаз синусоид тока и напряжения сети на 120 градусов, такая система способна создавать «вращающееся» электромагнитное поле. Если мы на неподвижном статоре расположим три обмотки с магнитомягким (это материал, который легко, то есть с минимальными потерями, перемагничивается) сердечником и подадим напряжение на обмотки последовательно от трёх фаз, то ток обмоток начнёт намагничивать сердечники, создавая как бы бегущее по окружности магнитное поле. Это поле в каждом сердечнике синусоидально пульсирует, а во всех трёх создаёт эффект вращения.
Можно подсчитать и угловую скорость вращения магнитного поля при трёх обмотках, расположенных по окружности через 120 градусов, она равна частоте переменного тока – 50 герц, или 50 оборотов в секунду. Чтобы привести к привычным для нас оборотам в минуту, которыми измеряют скорость вращения вала электродвигателя, нужно 50 оборотов в секунду умножить на 60 (число секунд в минуте), получим 3 000 оборотов в минуту (об/мин).
Отметим, что скорость вращения магнитного поля в статоре можно легко понизить чисто конструктивными методами, например, расположить по окружности не три, а шесть обмоток (сделать шесть магнитных полюсов), расположив их по окружности через 60 градусов, причём 1 и 4 обмотки подключить к одной фазе, 2 и 5 – к другой, а 3-ю и 6-ю – к третьей. Тогда скорость вращения магнитного поля понизится вдвое и составит 1500 об/мин. Аналогично увеличив число магнитных полюсов до 12 и расположив их через 30 градусов по окружности, мы понизим скорость вращения магнитного поля ещё раз вдвое – до 750 об/мин.
Запомним, что электродвигатели переменного тока работают со скоростью, связанной с частотой сети. И для каждой частоты имеется свой ряд скоростей, и величины членов ряда кратны между собой одному числу, например – двойке. (Оговоримся, что могут быть и другие числа кратности, например – 3)
Теперь, если мы в качестве ротора закрепим на валу двигателя постоянный магнит с двумя полюсами, то в бегущем магнитном поле вал начнёт вращаться со скоростью поля. Такие двигатели называют синхронными.
Иногда применяются двигатели с постоянным магнитом в роли ротора, как правило, это маломощные моторчики, к примеру, так выполнен двигатель центробежного насоса слива стиральной машины. Но для мощных моторов трудно изготовить мощный постоянный магнит, гораздо проще применить электромагнит. В этом случае ротор представляет собой, набранный из пластин магнитомягкой стали, сердечник специальной формы, на который намотана обмотка.
Ток на обмотку ротора подаётся из сети через устройство, называемое коллектор. Коллектор – это медные, изолированные друг от друга, два или три (для трёхфазной обмотки) кольца на валу, которых касаются угольные подпружиненные щётки. Кольца соединены с началом и концом обмотки. Напряжение из сети подаётся к щёткам, и через контактные кольца поступает на обмотку ротора. Такой электродвигатель называется синхронный, потому что имеет число оборотов равное числу оборотов вращающегося магнитного поля статора.
(Синхронный электродвигатель переменного тока для двухфазной и многофазной сети был запатентован Н. Тесла – американским учёным, изобретателем.)
Однако коллекторы электродвигателей имеют ряд недостатков, угольные щётки при работе искрят (что особо неприятно во взрывоопасной среде), подгорают, из-за чего пропадает контакт (кольца приходится периодически зачищать от нагара). Щётки истираются и требуют замены. Иногда щётки зависают на пружинах и контакт пропадает.
Изобретательская мысль продолжала работать, и наш соотечественник М. О. Доливо – Добровольский придумал, как можно избавиться от коллектора, он предложил обмотку ротора выполнить в виде короткозамкнутых витков, ток в которых будет возбуждаться переменным магнитным полем статора. Конструктивно решение обмотки ротора представляло собой два кольца, соединённых между собой поперечными проводниками, наподобие «беличьего колеса» – известная «игрушка» для зверька, в которой белка может бесконечно бегать. Такой двигатель назвали – двигатель с короткозамкнутым ротором.
Работает он так – в момент пуска переменное магнитное поле статора возбуждает в проводниках «беличьего колеса» сильный ток, который намагничивает сердечник ротора и последний притягивается магнитами статора и начинает вращаться. Поскольку для появления тока в замкнутых витках ротора необходимо, чтобы магнитное поле менялось, (при синхронном вращении ротора бегущее магнитное поле статора, воздействующее на ротор, на роторе не меняется), ротор будет вращаться с несколько меньшей скоростью, чем вращается магнитное поле статора. Вследствие этого «запаздывания» такой двигатель назвали асинхронный. А разницу во вращении ротора относительно магнитного поля статора назвали скольжением.
Скольжение асинхронного двигателя – величина переменная, в момент пуска оно максимально, затем начинает уменьшаться и на холостом ходу становится минимальным (около 3%). При наличии нагрузки на валу – скольжение ротора увеличивается и растёт с ростом нагрузки (максимум 7%). Если мы посмотрим на паспортные данные асинхронных двигателей – то увидим, что номинальное число оборотов двигателя указанное в паспорте и на табличке двигателя всегда будет меньше определённых нами ранее величин – вместо 3 000 об/мин будет около 2850, вместо 1500 будет 1470, вместо 750 – 725. Эта разница как раз и определяет скольжение.
Конструкция данного двигателя оказалась настолько удачной, что сегодня подавляющее большинство электроприводов в мире сделаны на основе асинхронных трёхфазных двигателей с короткозамкнутым ротором. Именно поэтому владельцы усадьб, в которых имеется техника с электроприводами – насосы, электропилы, различные станки и т. д., стремятся провести себе «три фазы».
Однако это достоинство может быть и недостатком. При замене силовых кабелей и розеток нужно особое внимание уделять оборудованию, как оно было подключено. Нередки такие случаи, какой произошёл в детском саду, когда там понадобилось заменить силовой кабель на более мощный. После окончания работ, на кухне мясорубки и овощерезки перестали работать, так как их рабочие валы стали вращаться в обратном направлении. А в прачечной механику гладильного барабана вообще заклинило. А всё оттого, что при монтаже кабеля были перепутаны какие-то два фазных провода.
При проведении монтажных работ это нужно учитывать и всегда проверять на каком-либо некритичном двигателе правильность фазировки проводов. Потому что есть такое оборудование, которое может выйти из строя при неверной фазировке.
Но наряду с достоинствами эти двигатели, разумеется, имеют и недостатки. Это, во-первых, большой пусковой ток, который превышает номинальный в 4-5 раз. Последнее обязательно необходимо учитывать при установке автоматов защиты для двигателя – ставить автоматы класса «D». И, во-вторых, малый момент на валу при пуске. Для некоторых механизмов с большой инерцией приходится ставить более мощный, чем это требуется двигатель.
Теперь о подключении трёхфазных двигателей к сети. В коммутационной коробке на двигателе концы трёх обмоток выведены на шесть клемм. Там же имеется дополнительная клемма для нулевого провода. Клемма заземления может находиться на корпусе двигателя рядом с лапками или фланцем крепления.
Соединение обмоток может быть произведено двумя способами, так называемыми «звездой» или «треугольником».Начала обмоток в двигателе в клеммной коробке обычно маркируются как С1,С2 и С3. Концы обмоток соответственно С4, С5 и С6. Соответственно соединение звездой производится так, концы обмоток соединяются между собой перемычкой, на клеммы С1, С2 и С3 соответственно соединяются с фазными проводами L1,L2 и L3.
Иногда концы обмоток присоединяют к нулевому проводу, но это не обязательно, так как нагрузка по фазам в двигателе равномерная и по нулевому проводу никакого тока не будет.
Соединение треугольником – это когда соединяются концы и начала обмоток последовательно и к точкам соединения подаются фазы. То есть соединяются С1, С5 и L1; С2, С6 и L2; С3, С4 и L3. Нулевой провод не задействуется.
При этом нужно учитывать, что при соединении звездой на обмотки статора будет подано фазной напряжение, а при соединении треугольником – линейное, которое в 1,7 раза выше фазного. Это нужно учитывать, сверяясь с маркировкой на двигателе, где так и указывается – двигатель 220/380 или 127/220. Последний двигатель в трёхфазной сети 220/380 с высокой вероятностью сгорит.
Особых преимуществ у тех или иных схем включения нет, за исключением повышения мощности при включении треугольником, за счёт работы при более высоком линейном напряжении. Однако как следствие этого, при соединении треугольником пусковой ток значительно выше, чем при соединении звездой. Для его понижения иногда применяют релейный автомат, который в момент пуска соединяет обмотки звездой, а в дальнейшем переключает соединение на треугольник.
Вопрос, имеющий сугубо практический интерес, – что произойдёт с трёхфазным асинхронным двигателем при обрыве одной из фаз?Если такое произойдёт в момент работы двигателя, то он продолжит работу при любом типе соединения обмоток. Однако мощность его снизится примерно наполовину. И если нагрузка останется максимальной, – неизбежен перегрев работающих обмоток.
Нужно твёрдо усвоить всем людям, имеющим дело с электродвигателями, что любая механическая перегрузка любого электродвигателя вызывает перегрев и сгорание обмоток. А если жёстко застопорить ротор, что бывает при поломках механизмов, которые приводит в движение двигатель, то попытка включить такой электродвигатель вызовет короткое замыкание в сети со всеми вытекающими последствиями.
А вот запустить двигатель при обрыве одной из фаз можно только при включении обмоток звездой и при подключенном нулевом проводе. Опять-таки мощность двигателя при этом уменьшается наполовину со всеми вытекающими последствиями.
Этот вопрос довольно часто встречается на практике, например, у вас есть насос с трёхфазным асинхронным двигателем, и вам надо его временно включить, вы согласны даже на то, что мощность насоса понизится, а электросеть у вас в хозяйстве однофазная.Данный вопрос сводится к другому – можно ли при однофазной сети получить вращающееся магнитное поле?Ответ – и да, и нет, одновременно.Да, потому что вращающийся ротор двигателя (если его раскрутить рукой) продолжит вращение и работу.Нет, потому что запустить двигатель сам по себе – не удастся.
Прибегая к аналогии, можно представить кривошипно-шатунный механизм двигателя внутреннего сгорания с одним цилиндром. Поршень механизма находится в верхней мёртвой точке. Можно ли заставить механизм начать работу, нажимая сверху на поршень? Нет! Нужно сначала вывести механизм из мёртвой точки, слегка провернув вал. Причём, в какую сторону вал вы провернёте, в ту сторону и начнётся вращение.
Точно так же в однофазном электродвигателе переменного тока – изначально не определено направление вращения – в какую сторону ему начать крутиться? Следовательно, нужно поместить ещё одну пусковую обмотку с какой либо стороны двигателя. И в этой пусковой обмотке сдвинуть ток по фазе на столько градусов, в какой мере эта обмотка сдвинута в двигателе относительно основной. Так и устроены однофазные двигатели переменного тока, для запуска у них служит пусковая обмотка, которая впоследствии может отключаться. Иногда такие двигатели называют двухфазными.
В трёхфазном асинхронном двигателе такой пусковой обмоткой может служить одна из трёх обмоток. Только включить её нужно через фазосдвигающее устройство, которым может быть или индуктивное сопротивление (катушка на сердечнике) либо ёмкостное – конденсатор. Наиболее распространено применение конденсаторного сдвига.
Для начала нужно посмотреть, на какое напряжение рассчитан трёхфазный двигатель. Если у вас напряжение сети 220 вольт, а двигатель рассчитан на 127/220 вольт, – то вам нужно соединить обмотки двигателя треугольником. А если у вас двигатель 220/380 вольт, – то нужно соединить обмотки звездой.Далее нулевой провод однофазной сети подключаем к одному (из трёх) выводу обмоток, ко второму выводу подключим фазный провод, а к третьему выводу ответвление от фазного провода через конденсатор.После этого запускаем двигатель. Работать он будет с потерей мощности наполовину, примерно так же, как и при обрыве одной из фаз.
Если у вас обмотки соединены звездой, то формула для расчёта ёмкости конденсатора выглядит так:
С = 2800 I/U
При соединении обмоток двигателя треугольником формула выглядит так:
С = 4800 I/U
где С – ёмкость конденсатора в микрофарадах, I – рабочий ток двигателя в амперах, U – напряжение сети в вольтах.
Добавим, что при выборе конденсатора нужно не забыть проверить напряжение, на которое он рассчитан. Оно должно быть не менее 400 вольт.Конденсаторный сдвиг фазы – наиболее распространён из-за доступности и дешевизны. Но имеются и другие способы запуска трёхфазных двигателей в однофазной сети, вплоть до применения электронных преобразователей. Подробнее о подключении трехфазного двигателя 380 в сеть 220 В
proelectrika.com
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
"Трехфазный асинхронный двигатель"
Введение
Асинхронной машинойявляется электромеханический преобразователь, в котором возникновение момента на валу ротора возможно лишь при различных скоростях вращения магнитного поля и ротора.
Асинхронные машины наибольшее распространение получили как двигатели. Это основной двигатель, применяемый в промышленности, сельском хозяйстве и в быту. Только асинхронных двигателей единых серий мощностью от 0,6 до 400 кВт в нашей стране ежегодно выпускается около 10 млн. Асинхронных микродвигателей мощностью от 0,6 кВт изготовляется несколько десятков миллионов в год.
Электротехническая промышленность выпускает асинхронные двигатели в большом диапазоне мощностей. Предельная мощность асинхронных двигателей – несколько десятков мегаватт. В индикаторных системах применяются асинхронные двигатели мощностью от долей ватта до сотен ватт. Частота вращения двигателей общего назначения – от 3000 до 500 об/мин.
В генераторном режиме асинхронные машины применяются редко. Для создания поля в зазоре асинхронной машины необходима реактивная мощность, которая забирается из сети или от других источников реактивной мощности. Асинхронные двигатели не могут работать с cosц=1. Это существенный недостаток асинхронных машин, ограничивающий их применение в генераторном режиме.
При электромеханическом преобразовании энергии в асинхронных машинах, как и в других машинах, происходит преобразование энергии а тепло. Электрические потери в роторе асинхронной машины пропорциональны скольжению. Чтобы большая часть электрической энергии преобразовывалась в механическую, асинхронные машины используются в электроприводах, где допустимо небольшое скольжение (s= = 1–4%). При глубоком скольжении (s=10–50%) асинхронные машины используются редко, так как в это случае большая часть мощности, забираемой из сети, преобразуется в тепло, что приводит к низкому КПД и увеличению габаритов асинхронной машины из-за трудностей, связанных с отводом тепла от активных частей машины.
Наличие в роторе потерь, пропорционально зависящих от скольжения, – одна из особенностей асинхронных машин, обусловливающих их отличие от других типов электрических машин.
Если обмотки ротора представляют собой замкнутые контуры, то при скольжении s=1 вся мощность, поступающая на ротор, преобразуется в тепло. При скольжении s=0 мощность на ротор не поступает. При скольжениях, отличных от 0 и 1, электромагнитная мощность преобразуется в двигательном режиме в механическую мощность и в тепло, а в генераторном режиме – в электрическую и в тепло.
В конструктивном исполнении асинхронные двигатели – наиболее простые, они получили наибольшее распространение.
1. Расчёт характеристик трехфазных асинхронных двигателей
1. Рассчитать рабочие характеристики и построить зависимости частоты вращения n, вращающего момента М2 , тока обмотки статора I1 , потребляемой мощности P1 и коэффициента мощности cos ц1 в функции полезной мощности Р2 .
2. Определить значения критического скольжения Sк , максимального Мmax и пускового Мп моментов двигателя и их относительных значений М*max и M*п .
3. Рассчитать и построить механическую характеристику двигателя М(S) для разных величин скольжения S. Скольжение рекомендуется представлять в процентах (долях единицы значений: S= S% /100). Величину С1 принять равной С1 =1+ X1 /Xм .
Расчет следует выполнить для значений скольжения S= (0,0025; 0,005; 0,01; 0,02; 0,025; 0,03; 0,2; 0,3).
4. Для каждой величины скольжения нужно определить:
– активные Iхха , реактивные Iххр , действующие Iххд , величины тока холостого хода, тока статора I1а , I1р , I1д , тока ротора I2а , I2р , I2д ;
– мощности: потребляемую P1 , преобразованную Pпр и полезную P2 ;
– коэффициент мощности cos ц1 ; к.п.д. з;
– угловую скорость n и момент нагрузки М2 .
Исходные данные:
Номинальная мощность на валу Р2Н , кВт 30
Номинальное линейное напряжение U1Н , В 660
Синхронная угловая скорость n1 , об/мин 750
Коэффициент полезного действия зН 90,5
Коэффициент мощности cos ц1 0,81
Активное сопротивление цепи намагничивания r*М 0,18
Индуктивное сопротивление цепи намагничивания х*М 2,15
Активное сопротивление обмотки статора r*1 0,030
Приведенное активное сопротивление обмотки ротораr2* 0,022
Индуктивное сопротивление обмотки статора х*1 0,073
Приведенное индуктивное сопротивление обмотки роторах2* 0,17
Механические потери Рмех , кВт 0,37
2. Расчёт рабочих характеристик
Для расчёта используем Г-образную схему замещения асинхронного двигателя с вынесенным намагничивающим контуром. При этом определим поправочный коэффициент для заданной схемы:
Рисунок 1. Схема замещения асинхронной машины в Г-образной форме
Фазное напряжение:
Приведённая мощность:
Добавочные потери определяем по формуле:
Фазный ток обмоток статора:
Заданные относительные сопротивления переводим в омические.
Коэффициент перевода электрических параметров из относительных единиц в именованные:
Найдём найденное сопротивление в именованных единицах. Определим активное сопротивление цепи намагничивания потери в стали:
Индуктивное сопротивление взаимоиндукции приведённой первичной и вторичной цепи:
Активное сопротивление обмотки статора в именованных единицах:
Индуктивное сопротивление обмотки статора в именованных единицах:
Активное приведённое сопротивление обмотки ротора в именованных единицах:
Определим индуктивное приведённое сопротивление обмотки ротора:
Определяем токи холостого хода ротора и статора.
Полное активное сопротивление рабочего контура:
Таким образом полное эквивалентное сопротивление контура намагничивания определяем по формуле:
Определим
Определим
Определим активную составляющую тока холостого хода:
Определим реактивную составляющую тока холостого хода:
Для заданной схемы определим поправочный коэффициент:
Для различных значений S рассчитываем:
1. Токистатора I1a , I1p , I1
2. Токиротора I2a , I2p , I2
3. Коэффициент мощности cosj
4. Потребляемую мощность Р1
5. Полезную мощность Р2
6. Преобразованную мощность Рпр
7. Коэффициент полезного действия h
8. Угловую скорость n
9. Момент нагрузки на валу двигателя М2
Определим эквивалентное активное сопротивление рабочего контура:
Приведённое индуктивное сопротивление рабочего контура:
Полное приведённое сопротивление рабочего контура:
Определим коэффициент мощности при S=0,0025
Действующее значение тока ротора:
Активная составляющая тока ротора
Определим реактивную составляющую тока ротора:
mirznanii.com
