Подключим обмотку статора к сети трехфазного переменного тока. Внутри статора возникает магнитное поле, вращающееся со скоростью no. Магнитные линии поля будут пересекать обмотку неподвижного ротора и индуктировать в ней э. д. с. Е2s. Под действием э. д. с. Е2s в обмотке ротора будет протекать ток I2. Ток ротора, взаимодействуя с вращающимся магнитным полем, создает вращающий момент, под действием которого ротор начинает вращаться в сторону вращения поля со скоростью, меньшей скорости вращающегося поля. Если предположить, что ротор будет иметь такую же скорость вращения, как и магнитное поле, то токи в обмотке ротора исчезнут. С исчезновением токов в обмотке ротора прекратится взаимодействие их с магнитным полем и ротор станет вращаться медленнее вращающегося поля. При этом обмотка ротора вновь начнет пересекаться вращающимся полем и на ротор снова будет действовать вращающий момент. Следовательно, ротор при своем вращении всегда должен отставать от скорости вращения магнитного поля статора, т. е. вращаться с меньшей скоростью, почему эти двигатели и получили название асинхронных.
Если через no обозначить скорость вращения магнитного поля (синхронная скорость), а через n – скорость вращения ротора двигателя, то разность no - n будет называться скоростью скольжения. Отношение скорости скольжения к скорости вращающегося магнитного поля называется скольжением двигателя и обозначается буквой S.
S = (no - n)/no,
откуда скорость вращения ротора двигателя
n = no(1 - S).
Если, например, магнитное поле делает 1500, а ротор 1450 об/мин, то скольжение
S = (no - n)/no = (1500-1450)/1500 = 0,033 = 3,3%.
В момент пуска двигателя, когда скорость ротора n = 0, скольжение
S = no/no = 1, или 100%,
при холостом ходе n ≈ no, поэтому скольжение
S = (no - n)/no ≈ 0.
Скольжение асинхронного двигателя в зависимости от нагрузки меняется незначительно (1-6%). Чем больше мощность двигателя, тем меньше его скольжение.
Асинхронная машина, работая в режиме двигателя, изменяет скорость вращения от n = 0 (момент пуска) до n ≈ no (холостой ход) и соответственно скольжение от S = 1 до S ≈ 0.
Скольжение S характеризует скорость пересечения обмоток ротора вращающимся магнитным полем. Поэтому с изменением скорости вращения двигателя изменяется скольжение S и соответственно изменяется частота электродвижущей силы и токов в роторе, что видно из уравнения:
f2 = p(no - n)/60 = pno/60 ∙ (no - n)/no = f1 ∙ S.
При пуске двигателя S = 1; f2 = f1,
при холостом ходе S ≈ 0, f2 ≈ 0.
Например, если f1 = 50 Гц, то при пуске f2 = 50 Гц. При скольжении S = 2% частота тока в роторе
f2 = f1 ∙ S = 50 ∙ 0,02 = 1 Гц.
Наибольшее значение э. д. с. Е2 в обмотке ротора асинхронного двигателя возникает в момент пуска, когда ротор неподвижен (n = 0, S = 1) и магнитный поток пересекает обмотку ротора с максимальной скоростью. Поэтому величина тока ротора, а следовательно, и тока статора в этот момент будет также наибольшей.
Особенно велик пусковой ток у асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором из-за отсутствия токоограничивающих сопротивлений в его цепи. Пусковой ток у этих двигателей может превышать номинальное значение тока в 5-7 раз:
Iп = (5 ÷ 7)Iн.
В этом заключается основной недостаток асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.
У асинхронных двигателей с фазным ротором удается при помощи пускового реостата значительно уменьшить пусковой ток. У этих двигателей пусковой ток только в 2-2,5 раза больше номинального тока:
Iп = (2 ÷ 2,5)Iн.
Электромагнитные процессы, происходящие в асинхронном двигателе, во многом подобны процессам, происходящим в трансформаторе.
Двигатель, как и трансформатор, имеет две обмотки, между которыми существует магнитная связь. Роль первичной обмотки трансформатора выполняет в двигателе обмотка статора, роль вторичной – обмотка ротора.
При работе асинхронного двигателя по обмоткам статора W1 и ротора W2 протекают соответственно токи I1 и I2, которые создают две намагничивающие силы W1I1 и W2I2. Совместным действием этих намагничивающих сил в машине создается результирующий магнитный поток Ф. Как и в трансформаторе, напряжение на зажимах обмотки статора U1 уравновешивается почти полностью э. д. с. Е1, индуктированной в этой обмотке вращающимся магнитным полем. Величина результирующего магнитного потока Ф определяется величиной напряжения U1 и почти не зависит от величины нагрузки.
Взаимное отношение токов статора и ротора в асинхронных двигателях аналогично соотношению первичного и вторичного токов в трансформаторе. Ток статора является намагничивающим, а ток ротора, согласно правилу Ленца, является размагничивающим.
При работе электродвигателя без нагрузки (холостой ход) скольжение S очень мало. С увеличением нагрузки на валу двигателя скорость вращения ротора уменьшается, а скольжение S увеличивается. В связи с этим возрастает скорость пересечения витков обмотки ротора вращающимся магнитным полем, а следовательно, увеличиваются индуктированная в роторе э. д. с. Е2 и ток I2. Так как результирующий магнитный поток Ф должен оставаться при этом неизменным, то возрастание размагничивающего тока I2 вызывает соответственно увеличение тока I1, потребляемого обмоткой статора из питающей сети. По амперметру, включенному в цепь статора, можно, таким образом, судить о нагрузке двигателя.
Разница между асинхронным двигателем и трансформатором заключается, во-первых, в конструкции магнитной цепи. У двигателя цепи (первичная и вторичная) разделены воздушным промежутком, чего не бывает у трансформаторов обычной конструкции. При работе двигателя ротор вместе с его обмоткой вращается.
Во-вторых, в асинхронном двигателе электрическая энергия, потребляемая из сети, за вычетом потерь в двигателе, преобразуется в механическую энергию, используемую для приведения во вращение машины, станка или механизма, соединенного с валом двигателя. В электрическом двигателе потери складываются из электрических (в обмотках), магнитных (в стали магнитопровода) и механических (трение в подшипниках и трение вращающегося ротора о воздух). Эти потери вызывают нагревание обмоток и других частей машины.
Номинальная мощность электрического двигателя, так же как и трансформатора, определяется предельно допустимой температурой нагрева изоляции обмоток, т.е. главным образом предельно допустимым длительным номинальным током. В паспорте электрического двигателя указывается его номинальная мощность Pн (кВт), т.е. механическая мощность на валу двигателя, которая может длительно отдаваться приводимой рабочей машине без перегрева обмоток двигателя. КПД асинхронных двигателей при номинальной нагрузке находится в пределах 85-95% (верхний предел относится к двигателям большей мощности).
china.msk.ru
Подключим обмотку статора к сети трехфазного переменного тока. Внутри статора возникает магнитное поле, вращающееся со скоростью no. Магнитные линии поля будут пересекать обмотку неподвижного ротора и индуктировать в ней э. д. с. Е2s. Под действием э. д. с. Е2s в обмотке ротора будет протекать ток I2. Ток ротора, взаимодействуя с вращающимся магнитным полем, создает вращающий момент, под действием которого ротор начинает вращаться в сторону вращения поля со скоростью, меньшей скорости вращающегося поля. Если предположить, что ротор будет иметь такую же скорость вращения, как и магнитное поле, то токи в обмотке ротора исчезнут. С исчезновением токов в обмотке ротора прекратится взаимодействие их с магнитным полем и ротор станет вращаться медленнее вращающегося поля. При этом обмотка ротора вновь начнет пересекаться вращающимся полем и на ротор снова будет действовать вращающий момент. Следовательно, ротор при своем вращении всегда должен отставать от скорости вращения магнитного поля статора, т. е. вращаться с меньшей скоростью, почему эти двигатели и получили название асинхронных.
Если через no обозначить скорость вращения магнитного поля (синхронная скорость), а через n – скорость вращения ротора двигателя, то разность no - n будет называться скоростью скольжения. Отношение скорости скольжения к скорости вращающегося магнитного поля называется скольжением двигателя и обозначается буквой S.
S = (no - n)/no,
откуда скорость вращения ротора двигателя
n = no(1 - S).
Если, например, магнитное поле делает 1500, а ротор 1450 об/мин, то скольжение
S = (no - n)/no = (1500-1450)/1500 = 0,033 = 3,3%.
В момент пуска двигателя, когда скорость ротора n = 0, скольжение
S = no/no = 1, или 100%,
при холостом ходе n ≈ no, поэтому скольжение
S = (no - n)/no ≈ 0.
Скольжение асинхронного двигателя в зависимости от нагрузки меняется незначительно (1-6%). Чем больше мощность двигателя, тем меньше его скольжение.
Асинхронная машина, работая в режиме двигателя, изменяет скорость вращения от n = 0 (момент пуска) до n ≈ no (холостой ход) и соответственно скольжение от S = 1 до S ≈ 0.
Скольжение S характеризует скорость пересечения обмоток ротора вращающимся магнитным полем. Поэтому с изменением скорости вращения двигателя изменяется скольжение S и соответственно изменяется частота электродвижущей силы и токов в роторе, что видно из уравнения:
f2 = p(no - n)/60 = pno/60 ∙ (no - n)/no = f1 ∙ S.
При пуске двигателя S = 1; f2 = f1,
при холостом ходе S ≈ 0, f2 ≈ 0.
Например, если f1 = 50 Гц, то при пуске f2 = 50 Гц. При скольжении S = 2% частота тока в роторе
f2 = f1 ∙ S = 50 ∙ 0,02 = 1 Гц.
Наибольшее значение э. д. с. Е2 в обмотке ротора асинхронного двигателя возникает в момент пуска, когда ротор неподвижен (n = 0, S = 1) и магнитный поток пересекает обмотку ротора с максимальной скоростью. Поэтому величина тока ротора, а следовательно, и тока статора в этот момент будет также наибольшей.
Особенно велик пусковой ток у асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором из-за отсутствия токоограничивающих сопротивлений в его цепи. Пусковой ток у этих двигателей может превышать номинальное значение тока в 5-7 раз:
Iп = (5 ÷ 7)Iн.
В этом заключается основной недостаток асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.
У асинхронных двигателей с фазным ротором удается при помощи пускового реостата значительно уменьшить пусковой ток. У этих двигателей пусковой ток только в 2-2,5 раза больше номинального тока:
Iп = (2 ÷ 2,5)Iн.
Электромагнитные процессы, происходящие в асинхронном двигателе, во многом подобны процессам, происходящим в трансформаторе.
Двигатель, как и трансформатор, имеет две обмотки, между которыми существует магнитная связь. Роль первичной обмотки трансформатора выполняет в двигателе обмотка статора, роль вторичной – обмотка ротора.
При работе асинхронного двигателя по обмоткам статора W1 и ротора W2 протекают соответственно токи I1 и I2, которые создают две намагничивающие силы W1I1 и W2I2. Совместным действием этих намагничивающих сил в машине создается результирующий магнитный поток Ф. Как и в трансформаторе, напряжение на зажимах обмотки статора U1 уравновешивается почти полностью э. д. с. Е1, индуктированной в этой обмотке вращающимся магнитным полем. Величина результирующего магнитного потока Ф определяется величиной напряжения U1 и почти не зависит от величины нагрузки.
Взаимное отношение токов статора и ротора в асинхронных двигателях аналогично соотношению первичного и вторичного токов в трансформаторе. Ток статора является намагничивающим, а ток ротора, согласно правилу Ленца, является размагничивающим.
При работе электродвигателя без нагрузки (холостой ход) скольжение S очень мало. С увеличением нагрузки на валу двигателя скорость вращения ротора уменьшается, а скольжение S увеличивается. В связи с этим возрастает скорость пересечения витков обмотки ротора вращающимся магнитным полем, а следовательно, увеличиваются индуктированная в роторе э. д. с. Е2 и ток I2. Так как результирующий магнитный поток Ф должен оставаться при этом неизменным, то возрастание размагничивающего тока I2 вызывает соответственно увеличение тока I1, потребляемого обмоткой статора из питающей сети. По амперметру, включенному в цепь статора, можно, таким образом, судить о нагрузке двигателя.
Разница между асинхронным двигателем и трансформатором заключается, во-первых, в конструкции магнитной цепи. У двигателя цепи (первичная и вторичная) разделены воздушным промежутком, чего не бывает у трансформаторов обычной конструкции. При работе двигателя ротор вместе с его обмоткой вращается.
Во-вторых, в асинхронном двигателе электрическая энергия, потребляемая из сети, за вычетом потерь в двигателе, преобразуется в механическую энергию, используемую для приведения во вращение машины, станка или механизма, соединенного с валом двигателя. В электрическом двигателе потери складываются из электрических (в обмотках), магнитных (в стали магнитопровода) и механических (трение в подшипниках и трение вращающегося ротора о воздух). Эти потери вызывают нагревание обмоток и других частей машины.
Номинальная мощность электрического двигателя, так же как и трансформатора, определяется предельно допустимой температурой нагрева изоляции обмоток, т.е. главным образом предельно допустимым длительным номинальным током. В паспорте электрического двигателя указывается его номинальная мощность Pн (кВт), т.е. механическая мощность на валу двигателя, которая может длительно отдаваться приводимой рабочей машине без перегрева обмоток двигателя. КПД асинхронных двигателей при номинальной нагрузке находится в пределах 85-95% (верхний предел относится к двигателям большей мощности).
Скачать файл (36 kb.)gendocs.ru
При выборе электродвигателя следует учитывать режим работы электродвигателя. В технических каталогах производителей указанны параметры электродвигателя при режиме работы S1 кроме двигателей с повышенным скольжением. Электродвигатель работающий в режимах S2 или S3 допускает большую мощность подключения на валу. Например при режиме S2 мощность может быть увеличена на 50 % от номинальной на 10 минут работы электродвигателя, на 25% на 30 минут работы и на 10 % на 90 минут работы. Режим работы электродвигателя S3 применяется для электродвигателей повышенного скольжения.
Международная классификация предусматривает 8 номинальных режимов работы электродвигателя с условными обозначениями S1 - S8.
Продолжительный режим работы электродвигателя S1 - работа машины при неизменной нагрузке достаточно длительное время для достижения неизменной температуры всех ее частей.
Кратковременный режим работы электродвигателя S2 — работа машины при неизменной нагрузке в течение времени, недостаточного для достижения всеми частями машины установившейся температуры, после чего следует остановка машины на время, достаточное для охлаждения машины до температуры, не более чем на 2°С превышающей температуру окружающей среды. Для кратковременного режима работы нормируется продолжительность рабочего периода 15, 30, 60, 90 мин.
Повторно-кратковременный режим работы электродвигателя S3 - последовательность идентичных циклов работы, каждый из которых включает время работы при неизменной нагрузке, за которое машина не нагревается до установившейся температуры, и время стоянки, за которое машина не охлаждается до температуры окружающей среды. В этом режиме цикл работы таков, что пусковой ток не оказывает заметного влияния на превышение температуры. Продолжительность цикла недостаточна для достижения теплового равновесия и не превышает 10 мин. Режим характеризуется величиной продолжительности включения в процентах:
ПВ = (tр / (tр + tп)) х 100%
Нормируемые значения продолжительности включения: 15, 25, 40, 60 %, или относительные значения продолжительности рабочего периода: 0,15; 0,25; 0,40; 0,60. Для режима S3 номинальные данные соответствуют только определенному значению ПВ и относятся к рабочему периоду.
Режимы работы электродвигателей S1 - S3 являются в настоящее время основными, номинальные данные на которые включаются отечественными производителями в каталоги и паспорт машины.
Номинальные режимы работы электродвигателей S4 - S8 введены для того, чтобы впоследствии упростить задачу эквивалентирования произвольного режима номинальным, расширив номенклатуру последних.
Повторно-кратковременный режим работы электродвигателя с влиянием пусковых процессов S4 - последовательность идентичных циклов работы, каждый из которых включает время пуска, достаточно длительное для того, чтобы пусковые потери оказывали влияние на температуру частей машины, время работы при постоянной нагрузке, за которое машина не нагревается до установившейся температуры, и время стоянки, за которое машина не охлаждается до температуры окружающей среды.
Повторно-кратковременный режим работы электродвигателя с влиянием пусковых процессов и электрическим торможением S5 - последовательность идентичных циклов работы, каждый из которых включает достаточно длительное время пуска, время работы при постоянной нагрузке, за которое машина не нагревается до установившейся температуры, время быстрого электрического торможения и время стоянки, за которое машина не охлаждается до температуры окружающей среды.
Перемежающийся режим работы электродвигателя с влиянием пусковых процессов и электрическим торможением S7 — последовательность идентичных циклов, каждый из которых включает достаточно длительный пуск, работу с постоянной нагрузкой и быстрое электрическое торможение. Режим не содержит пауз.
Перемежающийся режим работы электродвигателя с периодически изменяющейся частотой вращения S8 — последовательность идентичных циклов, каждый из которых включает время работы с неизменной нагрузкой и неизменной частотой вращения, затем следует один или несколько периодов при других постоянных нагрузках, каждой из которых соответствует своя частота вращения (например, этот режим реализуется при переключении числа пар полюсов асинхронного двигателя). Режим не содержит пауз.
Источник:
energo.ucoz.ua
