2.1. Назначение и области применения асинхронных машин. Назначение асинхронного двигателя

Назначение асинхронного двигателя — Мегаобучалка

Введение

Трёхфазный двигатель — электродвигатель, который конструктивно предназначен для питания от трехфазной сети переменного тока.

Представляет собой машину переменного тока, состоящую из статора с тремя обмотками, магнитные поля которых сдвинуты в пространстве на 120° и при подаче трехфазного напряжения образуют вращающееся магнитное поле в магнитной цепи машины, и из ротора — различной конструкции — вращающегося строго со скоростью поля статора (Синхронный двигатель) или несколько медленнее его.

Наибольшее распространение в технике и промышленности получил асинхронный трёхфазный электродвигатель с короткозамкнутой обмоткой ротора, также называемой «беличье колесо». Под выражением «трехфазный двигатель» обычно подразумевается именно этот тип двигателя, и именно он описывается далее в статье.

ПСТ.КР140448ЭЛ41-09с20.000ПЗ

Асинхронный трёхфазный электродвигатель.

Расчет трехфазного асинхронного электродвигателя.

Исходные данные:Iпуск/Iном = 6,5; Ммакс/Мно = 2,0; КПДном = 0,82; сosjном = 0,83; Тип двигателя-4А80А2У3; Рном=1,5 кВТ; Sном=7,0 %.

Решение

Определим номинальный ток двигателя:

По найденному значению тока из табл. Приложения 2 выбираем сечение питающего провода для двигателя. При номинальном токе 3,35 А подойдут провода сечением 2,5 кв. мм трехжильные медные с резиновой или полихлорвиниловой изоляцией или трехжильные алюминиевые провода с резиновой или полихлорвиниловой изоляцией.

Определим величину пускового тока из известного по условию задачи соотношения Iпуск/Iном = 6,5:

Определим номинальный ток плавкой вставки:

Если принять, что двигатель работает с тяжелыми условиями пуска (большая длительность разгона, частые пуски):Из ряда стандартных плавких вставок на номинальные токи 6, 10, 15, 20, 25, 30, 50, 60, 80, 100, 120, 150 А выбираем вставку на номинальный ток 15 А.

Определим частоту вращения магнитного поля двигателя:

В обозначении двигателя (4А80А2У3) после буквы "А" указано количество полюсов, количество пар полюсов вдвое меньше, т.е. в данном случае Р = 1.

ПСТ.КР140448ЭЛ41-09с20.000ПЗ

Определим частоту вращения ротора двигателя:

Определим вращающий момент при номинальном режиме работы:

Из заданной по условию задачи перегрузочной способности двигателя (Ммакс/Мно = 2,0) определим максимальный вращающий момент:

Определим величину скольжения, при которой момент наибольший:

Из двух полученных значений по условию устойчивой работы двигателя

выбираем

Определим пусковой момент двигателя (при S = 1):

Определим момент при S = 0,2:

Момент при S = 0,4:

ПСТ.КР140448ЭЛ41-09с20.000ПЗ

Момент при S = 0,6:

Построим график зависимости вращающего момента от скольжения:

ПСТ.КР140448ЭЛ41-09с20.000ПЗ

Назначение асинхронного двигателя

Система трехфазного переменного тока, позволившая создать устройства для получения вращающегося магнитного потока, вызвала появление наиболее распространенного в данное время электродвигателя, называемого асинхронным. Это название обусловлено тем, что вращающаяся часть машины — ротор — всегда вращается со скоростью, не равной скорости магнитного потока, т.е. не синхронно с ним. Изготовляемый на мощности от долей ватта до тысяч киловатт при напряжениях 127, 220, 380, 500, 600, 3000, 6000, 10000 В, этот электродвигатель прост по конструкции, надежен в эксплуатации и дешев по сравнению с другими типами. Он применяется во всех видах работ, где не требуется поддержания постоянной скорости вращения, а также в быту, в однофазном исполнении для малой мощности.

megaobuchalka.ru

2.1. Назначение и области применения асинхронных машин

Асинхронной машиной называется двухобмоточная электрическая машина переменного тока, у которой только одна обмотка (первичная) получает питание от электрической сети с постоянной частотой , а вторая обмотка (вторичная) замыкается накоротко или на электрические сопротивления. Токи во вторичной обмотке появляются в результате электромагнитной индукции. Их частота является функцией угловой скорости ротора, которая, в свою очередь, зависит от вращающего момента, приложенного к валу.

Асинхронные машины используются в основном как двигатели; в качестве генераторов они применяются крайне редко.

Разноименнополюсная обмотка ротора асинхронного двигателя может быть короткозамкнутой (типа «беличья клетка») или фазной (присоединяется к контактным кольцам).

Рис. 2.1. Внешний вид асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.

К номинальным данным асинхронных двигателей, которые указываются в заводской табличке машины на ее корпусе, относятся: механическая мощность, развиваемая двигателем, ;частота сети ;линейное напряжение статора ;линейный ток статора ;частота вращения ротора ;коэффициент мощности ;коэффициент полезного действия . Если у трехфазной обмотки статора выведены начала и концы фаз и она может быть включена в звезду илитреугольник, то указываются линейные напряжения и токи для каждого из возможных соединений (Y/Δ) в виде дроби и. Для двигателя с контактными кольцами приводятся напряжение на разомкнутых кольцах принеподвижном роторе и линейный ток ротора в номинальном режиме.

Номинальные данные асинхронных двигателей варьируются в широких пределах. Номинальная мощность – от долей ватта до десятков тысяч киловатт. Номинальная синхронная частота вращения при частоте сети 50 Гц от 3000 до 500 об/мин и менее в особых случаях; при повышенных частотах – до 100000 об/мин и более (номинальная частота вращения ротора обычно на 2–5 % меньше синхронной; в микродвигателях – на 5–20 %). Номинальное напряжение – от 24 В до 10 кВ (большие значения при больших мощностях).

Номинальный КПД асинхронных двигателей возрастает с ростом их мощности и частоты вращения; при мощности более 0,5 кВт он составляет 0,65–0,95, в двигателях малой мощности 0,2–0,65.

Номинальный коэффициент мощности асинхронных двигателей

также возрастает с ростом мощности и частоты вращения двигателей. При мощности более 1 кВт он составляет 0,7–0,9; вдвигателях малой мощности 0,3–0,7.

2.2. Устройство асинхронных двигателей

Асинхронный двигатель состоит из двух основных частей, разделенных воздушным зазором: неподвижного статора и вращающегося ротора. Каждая из этих частей имеет сердечник и обмотку.

Статор машины состоит из магнитопровода, трехфазной разноименнополюсной обмотки, выводные концы которой с помощью выводной коробки присоединяются к сети переменного тока, и станины.

Активными элементами статора, предназначенными для образования вращающегося магнитного поля, являются магнитопровод и обмотка. Станина выполняет только конструктивные функции, фиксируя активные части в определенном положении.

Магнитопровод набирается из цельных кольцеобразных пластин электротехнической стали обычно толщиной 0,5 мм. Пластины штампуются из листовой или рулонной электротехнической стали со стандартизованными размерами и изолируются с обеих сторон лаком. На внутренней стороне пластин статора вырублены пазы, имеющие, как правило, полузакрытую форму для уменьшения пульсаций магнитного поля и добавочных потерь, связанных с зубчатостью магнитопровода.

В пазы магнитопровода укладываются проводники обмотки: шаблонные катушечные или стержневые (в крупных машинах) и многовитковые всыпные (в машинах меньшей мощности). Многовитковые катушки наматываются из изолированного обмоточного провода круглого сечения; каждый проводник катушки «всыпается» в паз по отдельности.

Зазор между магнитопроводами ротора и статора при мощности машины более 0,5 кВт обычно не превышает 0,3–1,0 мм (в микромашинах 0,02–0,3 мм).

По конструкции обмотки ротора асинхронные двигатели разделяются на двигатели с короткозамкнутым ротором и двигатели с фазным ротором.

Короткозамкнутый ротор (типа «беличья клетка») состоит из магнитопровода, в пазах которого размещается неизолированная многофазная короткозамкнутая обмотка, пристроенных к ней вентиляционных лопастей, вала и вентиляторов. Активными элементами ротора, принимающими участие в процессе преобразования энергии, являются магнитопровод и обмотка; остальные детали имеют конструктивное назначение: вал передает механическую энергию к исполнительной машине, вентиляторы обеспечивают циркуляцию охлаждающей среды.

Магнитопровод ротора набирается из цельных кольцевых пластин, отштампованных из листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм, на наружной стороне которых вырублены пазы. Пластины магнитопровода не покрыты изоляционным лаком. Они имеют на своей поверхности тонкую пленку окисла, которая является достаточной изоляцией, ограничивающей вихревые токи, так как величина их невелика из-за малой частоты перемагничивания. Обмотка ротора помимо основной функции служит также для стягивания пластин магнитопровода, что позволяет обойтись без специальных прессующих деталей.

Вал ротора опирается на подшипники качения, которые, в свою очередь, при помощи подшипниковых щитов и крышек подшипников сопрягаются со станиной.

Фазный ротор состоит из вала, на котором укреплены в запрессованном состоянии пакеты магнитопровода, набранные из кольцевых пластин. В полузакрытых пазах магнитопровода ротора размещается трехфазная обмотка, соединенная обычно в звезду, выводные концы которой посредством электрических кабелей, проведенных через отверстие в валу, присоединены к контактным кольцам.

Электрическое соединение вращающейся обмотки ротора с внешними (неподвижными) электрическими цепями производится при помощи контактных колец, на которые выведены обмотки, и щеточного устройства, связанного с неподвижными электрическими цепями. Контактные кольца выполняются как отдельный узел машины. К кольцам плотно прижимаются щетки, электрически соединенные с токоподводящими шинами щеточной траверсы, которые соединяются с пусковым или регулировочным реостатом.

Асинхронные двигатели с фазным ротором имеют более сложную конструкцию и менее надежны, но они обладают лучшими регулировочными и пусковыми свойствами, чем двигатели с короткозамкнутым ротором. Принципиальная схема включения в трехфазную сеть асинхронного двигателя с фазным ротором показана на рис. Обмотка ротора этого двигателя соединена с пусковым реостатом, создающим в цепи ротора добавочное сопротивление .

Схемы включения трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым и фазным ротором показаны на рисунке 2.1.

Рис. 2.1. Схемы включения трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым (слева) и фазным (справа) ротором.

studfiles.net

§ 9.12. Асинхронные двигатели специального назначения

С целью улучшения пусковых свойств короткозамкнутые роторы асинхронных двигателей иногда выполняются с двойной беличьей клеткой или глубоким пазом.

Ротор с двойной беличьей клеткой имеет две самостоятельные короткозамкнутые обмотки (беличьи клетки): внешнюю 1 — пусковую — с большим активным и малым индуктивным сопротивлениями и внутреннюю 2 — рабочую — с малым активным и большим индуктивным сопротивлениями (рис. 9.20, а). Индуктивное сопротивление рабочей обмотки особенно велико при пуске, когда частота тока в роторе близка к частоте сети.

Первая обмотка является пусковой, вторая — рабочей. В начале пуска, когда величина скольжения близка к единице, частота тока в роторе близка к частоте сети. Поэтому и индуктивное сопротивление рабочей обмотки будет особенно велико при малом активном сопротивлении. Ток в рабочей обмотке будет сдвинут по фазе относительно наведенной в этой обмотке э. д. с. на угол, близкий к 90°, и поэтому создавать вращающего момента не будет.

В то же время в пусковой обмотке при ее малом индуктивном и большом активном сопротивлениях ток практически будет совпадать по фазе с наведенной в обмотке э. д. с. и создаст большой вращающий момент М (рис. 9.20, б). По мере увеличения скорости ротора частота тока в роторе уменьшается и индуктивные сопротивления обеих

Рис.9.20. ротор с двойной беличьей клеткой.

обмоток также будут уменьшаться. При номинальной скорости вращения ротора индуктивные сопротивления обмоток будут очень малы, и ток практически распределяется в обмотках

обратно пропорционально их активным сопротивлениям, т. е. почти весь ток будет проходить по рабочей обмотке,

Рис.9.21. ротор с глубоким пазом

создающей момент М. На валу машины будет создаваться суммарный момент М. Недостатки двухклеточного двигателя заключаются в несколько пониженном его вследствие повышенной индуктивности ротора.

Ротор с глубоким пазом (рис. 9.21) имеет обмотку, состоящую из высоких узких стержней. При пуске двигателя, когда частота тока в роторе имеет наибольшую величину, возникает явление вытеснения тока.

Магнитные силовые линии потока рассеяния ФS, стремясь замкнуться по наиболее короткому пути, создают в пазу неравномерное распределение магнитного потока. В нижней части паза плотность магнитного потока рассеяния значительно больше, чем в верхней его части.

Наводимая этим магнитным потоком э.д.с.ES будет в нижних частях проводника больше, а в верхних меньше. В то же время основной магнитный поток Ф сцеплен с полным сечением проводника и наводит в нем одинаковую по всему сечению э. д. с. е. Так как величина тока в данном случае будет зависеть от разности основной э. д. с. и э. д. с. рассеяния: то плотность тока в нижней части проводника будет меньше, чем в его верхней части, т. е. ток как бы вытесняется кверху. Вследствие этого уменьшается полезное сечение проводника и увеличивается его активное сопротивление, а, кроме того, в нижней части проводника уменьшается поток рассеяния и индуктивное сопротивление проводника. Отсюда, пусковой ток двигателя с глубоким пазом меньше, чем у обычного асинхронного двигателя, а пусковой момент больше.

По мере увеличения скорости вращения ротора распределение тока становится более равномерным, и активное сопротивление обмотки уменьшается. При номинальной скорости вращения частота тока в роторе мала, и двигатель практически работает как обычный асинхронный двигатель.

Таким образом, у асинхронного двигателя с глубоким пазом пусковые характеристики лучше, чем у двигателя нормального исполнения, однако коэффициент мощности cosφ и перегрузочная способность этого двигателя хуже. Это объясняется относительно большим индуктивным сопротивлением его ротора.

В табл. 9.3 даются пусковые характеристики асинхронных двигателей с двойной клеткой и глубоким пазом.

studfiles.net

Конструктивные особенности асинхронных двигателей различных типов

Короткозамкнутый ротор.

По конструкции двигатели с короткозамкнутым ротором проще двигателей с фазным ротором и более надежны в эксплуатации (у них отсутствуют кольца и щетки, требующие систематического наблюдения, периодической замены и пр.). Основные недостатки этих двигателей - сравнительно небольшой пусковой момент и значительный пусковой ток. Поэтому их применяют в тех электрических приводах, где не требуются большие пусковые моменты (электроприводы металлообрабатывающих станков, вентиляторов и пр.). Асинхронные двигатели малой мощности и микродвигатели также выполняют с короткозамкнутым ротором.

Как показано ниже, в двигателях с фазным ротором имеется возможность с помощью пускового реостата увеличивать пусковой момент до максимального значения и уменьшать пусковой ток. Следовательно, такие двигатели можно применять для привода машин и механизмов, которые пускают в ход при большой нагрузке (электроприводы грузоподъемных машин и пр.).

Каждая обмотка-фаза электродвигателя переменного тока имеет маркировку, приведенную ниже.

	по ГОСТ 183-74				по ГОСТ 2.709-89
Фазы	I	II	III	I		II	III
Начала	C1	C2	C3	U1		V1	W1
Концы	C4	C5	C6	U2		V2	W2

Короткозамкнутая обмотка ротора, часто называемая «беличье колесо» из-за внешней схожести конструкции, состоит из алюминиевых (реже медных, латунных) стержней, замкнутых накоротко с торцов двумя кольцами. Стержни этой обмотки вставляют в пазы сердечника ротора. Сердечники ротора и статора имеют зубчатую структуру. В машинах малой и средней мощности обмотку обычно изготавливают путём заливки расплавленного алюминиевого сплава в пазы сердечника ротора. Вместе со стержнями «беличьего колеса» отливают короткозамыкающие кольца и торцевые лопасти, осуществляющие вентиляцию машины. В машинах большой мощности «беличье колесо» выполняют из медных стержней, концы которых соединяют с короткозамыкающими кольцами при помощи сварки.

Зачастую пазы ротора или статора делают скошенными для уменьшения высших гармонических ЭДС, вызванных пульсациями магнитного потока из-за наличия зубцов, магнитное сопротивление которых существенно ниже магнитного сопротивления обмотки, а также для снижения шума, вызываемого магнитными причинами.

Для улучшения пусковых характеристик асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором, а именно, увеличения пускового момента и уменьшения пускового тока, на роторе применяют специальную форму паза. При этом внешняя от оси вращения часть паза ротора имеет меньшее сечение, чем внутренняя. Это позволяет использовать эффект вытеснения тока, за счет которого увеличивается активное сопротивление обмотки ротора при больших скольжениях (в частности, при пуске).

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором при прямом пуске (без регулирования) имеют небольшой пусковой момент и значительный пусковой ток, что является существенным их недостатком. Поэтому их применяют в тех электрических приводах, где не требуются большие пусковые моменты. Из достоинств следует отметить лёгкость в изготовлении, и отсутствие электрического контакта со статической частью машины, что гарантирует долговечность и снижает затраты на обслуживание. При специальной конструкции ротора, когда вращается в воздушном зазоре только полый цилиндр из алюминия, можно достичь малой инерционности двигателя.

studfiles.net

Если принять, что двигатель работает с тяжелыми условиями пуска (большая длительность разгона, частые пуски): Из ряда стандартных плавких вставок на номинальные токи 6, 10, 15, 20, 25, 30, 50, 60, 80, 100, 120, 150 А выбираем вставку на номинальный ток 15 А.