| Построение эффективных энергосберегающих систем на базе асинхронных электродвигателей не возможно без понимания теоретических основ функционирования асинхронных машин. По этой причине мы организовли на нашем сайте раздел в котором будем размещать статьи посвященные основным теоретическим аспектам использования асинхронников. Здесь вы найдете публикации посвященные терминологическим и техническим аспектам раскрывающим возможности применения асинхронных электрических двигателей в различных областях. Какой преобразователь частоты для асинхронных двигателей выбрать. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
www.i380.ru
Основные положения. В тех случаях, когда потребление электрической энергии невелико (жилые дома, торговые предприятия и т. д.) или когда выполнение трехфазных сетей затруднительно (например, железные дороги, электрифицируемые на переменном токе), применяются однофазные электрические сети. При этом возникает необходимость использования однофазных двигателей переменного тока. Мощности однофазных двигателей обычно относительно невелики (до 5—10 кет).
Однофазный асинхронный двигатель имеет на статоре однофазную обмотку, а на роторе — обмотку в виде беличьей клетки, как и у трехфазного короткозамк-нутого двигателя. Можно представить себе, что однофазный асинхронный двигатель получается из трехфазного путем отключения одной фазы статора (рис. 30-1, а). Оставшиеся две фазы статора с фазной зоной 60° составляют тогда вместе однофазную обмотку с фазной зоной 120°. Такая однофазная обмотка обладает тем преимуществом, что она не создает в воздушном зазоре третьей гармоники магнитного поля и имеет достаточно большой обмоточный коэффициент (см. § 21-4).
Однофазный ток /х статора однофазного двигателя создает пульсирующее магнитное поле, которое можно разложить на два поля, имеющих равные амплитуды и вращающиеся в противоположные стороны с одинаковой скоростью
При неподвижном роторе (п — 0, s — 1) эти поля создают одинаковые по величине, но разные по знаку моменты Mi и Мг(рис. 30-2). Поэтому при пуске результирующий момент
M = Mt—Mt
двигателя, не имеющего специальных пусковых приспособлений, равен нулю и двигатель не может прийти во вращение. Если, однако, ротор приведен во вращение в ту или иную сторону, то один из моментов М.хили М%будет преобладать. Если при этом М > Мст, то двигатель достигнет определенной установившейся скорости вращения. Оба направления вращения двигателя равноценны, и тормозной режцм работы отсутствует.
По своим рабочим свойствам однофазный двигатель близок к трехфазному, работающему при сильном искажении симметрии питающих напряжений {см.
Рис 30-1. Схема (а) и диаграмма токов статора (б) однофазного асинхронного двигателя, рассматриваемого как трехфазный с отключением одной фазы
§ 2§-£). Поэтому энергетические показатели однофазного двигателя хуже, чем< у трехфазного, использование материалов у однофазного двигателя также хуже. При одинаковых габаритах номинальная мощность однофазного двигатели составляет не более 60—-60% от номинальной мощности трехфазного двигателя. Это связано с тем, что обмотка статора однофазного двигателя занимает не все пазы и имеется обратное поле, которое уменьшает вращающий Момент, увеличивает потери двигателя и вызывает его дополнительный нагрев.
Трехфазный двигатель будет работать в режиме однофазного двигателя, если произойдет обрыв одной фазы цепи статора (например, перегорание защитного плавкого предохранителя в одной фазе). При этом наступает опасный для двигателя режим работы.
Действительно, полезная мощность двигателя в трехфазном режиме
При переходе трехфазного двигателя в однофазный режим скорость вращения практически не изменится, и поэтому мощность на валу Рх« Р3. Если бы к. п. д. и cos ф не изменились, то ток в однофазном режиме /г был бы в ]Аз раза больше тока в трехфазном режиме /3. В действительности ц и cos ф уменьшаются и увеличение тока будет больше. Если двигатель нес большую нагрузку, то при переходе в однофазный режим ток будет значительно больше номинального, и если двигатель при этом не будет отключен, то в результате перегрева он выйдет из строя. Работа «на двух фазах» является нередкой причиной повреждения трехфазных двигателей при их защите плавкими предохранителями, так как ток перегорания плавкой вставки приходится выбирать равным около 2,5 /и, чтобы плавкая вставка не перегорала при пуске двигателя.
Основы теории однофазного двигателя. Режим работы однофазного двигателя целесообразно исследовать как несимметричный режим работы трехфазного двигателя.
В соответствии с рис. 30-1, а
Рис. 30-2. Кривые моментов однофазного двигателя
Вектйрная диаграмма .токов статора на основании приведенных соотношений представлена на рис. 30-1, б.
то все токи и напряжения схемы рис. 30-3 в Уъ раза больше их симметричных составляющих. Необходимо подчеркнуть, что сопротивления схемы рис. 30-3 являются сопротивлениями фазы трехфазного двигателя и сопротивления т\, х'агпри проявлении эффекта вытеснения тока для верхней и нижней- частей схемы различены ввиду различия частот прямой и обратной составляющих токов ротора. Вращающий момент _ однофазного двигателя
где вторичные токи 1'ли I'S3соответствуют схеме замещения рис. 30-3.
При постоянстве параметров двигателя для его токов существует круговая диаграмма, которая здесь не рассматривается.
§ 30-2. Разновидности однофазных асинхронных двигателей
Как было установлено выше, однофазный двигатель с одной обмоткой на статоре не развивает пускового момента и не способен прийти во вращение В связи с этим необходимы дополнительные меры для создания в двигателе пускового момента. Эти меры направлены на усиление при пуске прямого поля и ослабление обратного, чтобы прл s = 1 было
Наилучшие условия пуска достигаются в случае, когда обратное поле при пуске полностью уничтожается и поэтому М2= 0. Разные виды однофазных асинхронных двигателей различаются друг от друга способами создания отличного от нуля пускового момента.
Двигатели с пусковой обмоткой(рис. 30-4) являются наиболее распространенными однофазными двигателями. В них, кроме рабочей обмотки Р с фазной зоной
Рис. 30-4_Схема (а) и векторные диаграммы (б) однофазного асинхронного двигателя с пусковой обмоткой
120°, на статоре имеется также пусковая обмотка П с фазной зоной 60°, сдвинутая относительно рабочей обмотки на 90° эл. Последовательно с пусковой обмоткой включается фазосмещающий элемент (сопротивление) 2П для создания сдвига фаз -ф между токами обмоток /р и /п. Н. с. двух обмоток
в общем случае, когда Fv Ф Fnи 'ф Ф 90° (рис. 30-5, о), составляют несимметричную двухфазную систему векторов, которую можно разложить на системы прямой (Fj) и обратной (F2) последовательности. Учитывая, что вместо оператора трех Лячной глетемы
но одно из них будет сильнее, в результате чего развивается пусковой момент М и при Мп> Мстдвигатель пойдет в ход. При Zn= /ю L направление вращения будет обратным по сравнению с двумя другими случаями.
Пусковые условия будут лучшими при включении емкости в пусковую фазу. Однако необходимая величина емкости С довольно велика, вследствие чего размеры и стоимость конденсатора также велики. Поэтому конденсаторный пуск применяется сравнительно редко, лишь при необходимости большого пускового момента. Пуск с помощью индуктивного сопротивления дает наихудшие результаты и в настоящее время почти не используется. Чаще всего применяется пуск с помощью активного сопротивления. При этом обычно сама пусковая обмотка выполняется с повышенным активным сопротивлением (уменьшенное сечение обмоточного провода, а также намотка части витков катушек в бифиляр). Иногда
Рис. 30-6. Схемы включения и вид механических характеристик однофазных асинхронных двигателей с пусковой обмоткой (а, 6) н конденсаторных (в, г)
применяются также схемы пуска, когда в одну фазу включается активное,1 а в другую — индуктивное- или емкостное сопротивление.
После того как двигатель при пуске достигнет определенной скорости вращения, пусковая обмотка отключится с помощью центробежного выключателя, реле времени, токового реле или вручную. При этом двигатель будет работать только с рабочей обмоткой, и относительно режима егр работы действительно все сказанное в | 30-1.
Типичный вид механических характеристик однофазных двигателей показан на рис. 30-6, а и б. Штриховая лин^ня в области 0 < s < 0,25 соответствует включению обеих обмоток, а штриховая линия в области 0,25 < s < 1 — включению только рабочей обмотки.
Для работы от однофазной сети могут быть использованы также трехфазные двигател-и. К числу лучших- схем включения таких двигателей относятся схемы рис. 30-7. Две нижние схемы рис. ЗО1? применяются в случае, когда выведены все шесть концов обмотки. Двигатели с соединением обмоток согласно схемам рис. 30-7 практически равноценны двигателям, которые спроектированы для работы как однофазные. Номинальная мощность при этом составляет 40—50% от мощности в симметричном трехфазном режиме. После окончания пуска фаза с пусковым сопротивлением' отключается.
Асинхронный конденсаторный двигатель (рис. 30-8) имеет на статоре две обмотки, которые обе являются рабочими, и в одну из этих обмоток включается емкость Ср, величина которой рассчитывается так, что при номинальной нагрузке существует только вращающееся поле прямой последовательности Обе обмотки
при этом имеют фазные зоны по 90° эл. и сдвинуты относительно друг друга в пространстве также на 90° эл. Мощность обеих обмоток при Р — Рятакже одинакова, но их числа витков, токи и напряжения различны. Конденсаторный двигатель в сущности представляет собой двухфазный двигатель, который подключен посредством конденсатора Срк однофазной сети и при Р = Рпимеет симметричную нагрузку фаз. При других нагрузках симметрия н. с. фаз нарушается и появляется также обратное поле, так как при различных нагрузках величины емкости; необходимые для достижения симметричной нагрузки, также различны.
Величина емкости Ср, подобранная по рабочему режиму, недостаточна для получения высокого пускового момента (рис. 30-6, в). Поэтому в необходимых случаях параллельно Ср на время пуска включается добавочная, пусковая емкость Сп (рис. 30-6, г).
Использование материалов в конденсаторном двигателе и его к. п. д. значительно выше, чем в однофазных двигателях с пусковой обмоткой, и почти такие же, как у трехфазных двигателей. Коэффициент мощности конденсаторного двигателя ввиду наличия конденсатора выше, чем у трехфазных двигателей равной мощности.
Рис. 30-7. Некоторые схемы включения трехфазных асинхронных двигателей для работы от однофазной сети
Рис. 30-8. Схема асинхронного конденсаторного двигателя (а) и его векторная диаграмма при круговом поле (б)
В СССР изготовляются однофазные двигатели единой серии с пусковым сопротивлением (АОЛБ), с пусковой емкостью (ДОЛГ) и конденсаторные с рабочей и пусковой емкостью (АОЛД) мощностью от 18 до 600 вт. Двигатели с пусковым активным сопротивлением применяются в стиральных и холодильных маши-
нах, доильных аппаратах, машинах для стрижки овец, центрифугах, для привода мелких станков и т. д. Двигатели с конденсаторным пуском используются при повышенных требованиях к пусковому моменту (установки для кондиционирования воздуха, компрессоры и др.).
Величина рабочей емкости конденсаторного двигателя определяется из следующих условий (рис. 30-8).
Коэффициентом трансформации k называется отношение числа витков конденсаторной (Ь) и неконденсаторной (а) обмоток:
Мощность конденсатора
Отсюда следует, что мощность конденсатора 'должна быть равна полной мощности
двигателя при круговом поле. Таким образом, мощность конденсатора достаточно
велика.
Двигатель с экранированными полюсами (рис. 30-9, а) имеет на статоре явно-
выраженные полюсы с однофазной обмоткой О и ротор с обмоткой в виде беличьей
клетки. Часть наконечника каждого полюса охвачена (экранирована) короткозамкнутым витком К-Ток статора /а создает в неэкра-нированной и экранированной частях полюса пульсирующие потоки Ф; и Ф* (рис 30-9, б). Поток Ф" индуктирует в короткозамкнутом витке э. д. с. Ёк, которая отстает от <bl на 90°. Короткозамкнутый виток имеет определенное активное и индуктивное сопротивления, и его ток /к отстает от э. д. с. Ёк на угол фк < 90°. Ток /к создает поток Фк, и результирующий поток экранированной части полюса
Рис. 30-9. Устройство (а) и векторная диаграмма потоков статора (б) однофазного асинхронного двигателя с экранированными полюсами
сдвинут по фазе относительно потока неэкранированной части полюса Ф^на некоторый угол ф. Так как потоки Ф[ и Ф9 сдвинуты также в пространстве, то возникает вращающееся поле. Это поле не круговое, а эллиптическое, т. е. содержит также составляющую обратной последовательности, так как потоки Ф{ и Фэ не равны по величине, и сдвинуты в пространстве и во времени на недостаточно большие углы. Тем не менее, при пуске создается вращающий момент М„ = 10 2
Магнитное поле простейшего экранированного двигателя содержит значительную третью пространственную гармонику, которая вызывает большой провал кривой момента (см § 25-3). Для улучшения формы поля применяют следующие меры: между наконечниками соседних полюсов j станавливают магнитные гаунты Ш (рис. 30-9, а) из листовой стали, увеличивают зазор под неэкранированной частью полюса, на каждом полюсе помещают два-три короткозамкнутых витка разной ширины.
Вследствие больших потерь в короткозамкнутом витке двигатель имеет низкий к п. д. (до 25—40%) Экранированные двигатели простейшей конструкции строятся на мощности от долей ватта до 20—30 ею, а при усовершенствованной конструкции — до 300 вт Область применения этих двигателей — настольные и прочие вентиляторы, проигрыватели, магнитофоны и пр.
lektsia.com
3.6. ТРЕХФАЗНЫЕ СИСТЕМЫ И АСИНХРОННЫЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ
В то время как Н. Тесла и его сотрудники пытались усовершенствовать двухфазную систему, в Европе была разработана более совершенная электрическая система — трехфазная. Изучение документальных материалов показывает, что в 1887–1889 гг. многофазные системы разрабатывались с большим или меньшим успехом несколькими учеными и инженерами [1.6; 3.7]…
Например, Ч. Бредли, стремясь изготовить электрическую машину с лучшим использованием активных материалов, сконструировал двух- и трехфазные генераторы. Однако Ч. Бредли не знал о явлении вращающегося магнитного поля и предполагал, что потребители в многофазных системах должны включаться как однофазные на каждую пару проводов.
Ф. Хазельвандер подошел к трехфазной системе токов с других исходных позиций. Зная, что коллектор у генератора и двигателя постоянного тока выполняет взаимообратимые функции, он решил его устранить, считая что достаточно те точки обмоток якорей каждой из машин, от которых идут отпайки к пластинам коллектора, соединить соответственно друг с другом. Это удобно сделать у обращенных машин, якоря которых неподвижны, а полюсы вращаются. Тогда генератор будет связан с двигателем проводами, число которых равно числу коллекторных пластин. Стремясь уменьшить число линейных проводов,
Ф. Хазельвандер нашел минимальный вариант — три провода. Однако он не сумел увидеть всех возможностей новой системы и создать пригодные для практики конструкции машин.
Наибольших успехов в развитии многофазных систем добился Михаил Осипович Доливо-Добровольский, который сумел придать своим работам практический характер. Поэтому он по праву считается основоположником техники трехфазных систем.
М.О. Доливо-Добровольский (1862–1919 гг.) родился в Петербурге, учился в Рижском политехническом институте, но был отчислен в связи с массовыми антиправительственными выступлениями студентов в год цареубийства (1881 г.).
Лишенный права поступать в высшие учебные заведения России, он выехал в Германию и завершил свое образование в Высшем техническом училище г. Дармштадта, в котором большое внимание уделялось практическим применениям электричества.
Осенью 1888 г. М.О. Доливо-Добровольский прочел доклад Г. Феррариса о вращающемся магнитном поле и был крайне удивлен его выводом о практической непригодности «индукционного» электродвигателя. Еще до этого М.О. Доливо-Добровольский заметил, что если замкнуть накоротко обмотку якоря двигателя постоянного тока его торможении (т.е. в опыте динамического торможения), то возникает большой тормозящий момент. «Я тотчас же сказал себе, — вспоминал позднее М.О. Доливо-Добровольский, — что если сделать вращающееся магнитное поле по методу Г. Феррариса и поместить в него такой короткозамкнутый якорь малого сопротивления, то этот якорь скорее сам сгорит, чем будет вращаться с небольшим числом оборотов. Мысленно я прямо представил себе электродвигатель многофазного тока с ничтожным скольжением».
Так М.О. Доливо-Добровольский пришел к выводу о нецелесообразности изготовления обмотки ротора с таким большим сопротивлением, при котором ротор имел бы скольжение 50%. В стержнях малого сопротивления при небольшом скольжении возникнут токи, которые в достаточно сильном магнитном поле статора создадут значительный вращающийся момент.
Усиленная деятельность в этом направлении в необычайно короткий срок привела к разработке трехфазной электрической системы и совершенной, в принципе не изменившейся до настоящего времени, конструкции асинхронного электродвигателя.
Первым важным шагом, который сделал М.О. Доливо-Добровольский, было изобретение ротора с обмоткой в виде беличьего колеса.
Рис. 3.13. Варианты ротора с обмоткой в виде беличьего колеса (из патента Доливо-Добровольского)
1 — стальной цилиндр; 2 — медные стержни; 3 — медные пластины или кольца
Для уменьшения сопротивления обмотки ротора лучшим конструктивным решением мог быть ротор в виде медного цилиндра, как в двигателе Г. Феррариса. Но медь является плохим проводником для магнитного поля статора, и КПД такого двигателя был бы очень низким. Если же медный цилиндр заменить стальным, то магнитный поток резко возрастает. Однако отметим, что электрическая проводимость у стали меньше, чем у меди. М.О. Доливо-Добровольский нашел блестящее решение — выполнить ротор в виде стального цилиндра (что уменьшало магнитное сопротивление ротора) и в просверленные по периферии последнего каналы закладывать медные стержни (что уменьшает электрическое сопротивление ротора). На лобовых частях ротора эти стержни должны быть хорошо электрически соединены. На рис. 3.13 представлены чертежи из первого патента М.О. Доливо-Добровольского в области трехфазной системы. Этим патентом он закрепил за собой изобретение ротора с «беличьим колесом», конструкция которого принципиально сохранилась в том же виде и до настоящего времени.
Следующим шагом М.О. Доливо-Добровольского явилась замена двухфазной системы трехфазной. Он совершенно справедливо отмечал, что при увеличении числа фаз улучшается распределение намагничивающей силы по окружности статора асинхронного электродвигателя. Уже переход от двухфазной системы к трехфазной дает значительный выигрыш в этом отношении. Дальнейшее увеличение числа фаз нецелесообразно, так как оно привело бы к значительному увеличению расхода меди на провода. Вскоре выяснились и другие преимущества трехфазной системы.
Рис. 3.14. Схемы двухфазного (а) и трехфазного (б) одноякорных преобразователей
Но каким образом проще всего получить трехфазную систему? Уже был известен способ, при помощи которого обычную машину постоянного тока можно было превратить в генератор переменного тока. Как уже отмечалось, П.Н. Яблочков и 3. Грамм еще в конце 70-х годов XIX в. секционировали кольцевой якорь генератора и получали от каждой секции переменный ток. В середине 80-х годов были построены первые вращающиеся одноякорные преобразователи. Эти преобразователи очень просто получались из обычной машины постоянного тока: от двух диаметрально противоположных точек обмотки якоря двухполюсной машины делались отпайки, которые выводились на контактные кольца. В этом случае к коллектору машины подводился постоянный ток, а с колец снимался переменный. Если в том же якоре машины постоянного тока сделать отпайки от четырех равноотстоящих точек, то на четырех кольцах легко получить двухфазную систему тока (рис. 3.14, а).
Н. Тесла построил синхронный генератор, в котором имелись три независимые катушки, расположенные под углом 60° одна к другой. Такой генератор давал трехфазную систему токов, но требовал для передачи энергии шесть проводов, так как в этом случае получалась несвязанная трехфазная цепь с токами, сдвинутыми по фазе на 60°. М.О. Доливо-Добровольский в результате исследования различных схем обмоток сделал ответвления от трех равноотстоящих точек якоря машин постоянного тока. Таким образом были получены токи с разностью фаз 120° (рис. 3.14. б). Сохранив в этой машине коллектор, можно было использовать ее в качестве одноякорного преобразователя.
Таким путем была найдена связанная трехфазная система, при которой для передачи и распределения электроэнергии требуется только три провода. В двухфазной системе Н. Теслы также имелась возможность обойтись тремя проводами, однако достоинства симметричной связанной трехфазной цепи подкреплялись другими преимуществами как двигателей, так и вообще трехфазной системы. Последняя является симметричной, уравновешенной и экономичной. На три провода в трехфазной системе для передачи одинаковой мощности требовалось затратить металла на 25% меньше, чем на два провода в однофазной. Эта очевидная экономия металла была одним из главных аргументов в пользу трехфазной системы.
Дальнейшее увеличение числа фаз привело бы к некоторому улучшению использования электрических машин, но вызвало бы соответствующее увеличение числа линейных проводов. Таким образом, трехфазная система электрических токов является оптимальной многофазной системой.
Системе трех «сопряженных» токов М.О. Доливо-Добровольский дал специальное наименование «Drehstrom», что в переводе на русский язык означает «вращающийся ток». Указанный термин, хорошо характеризующий способность образовывать вращающееся магнитное поле, до настоящего времени сохранился в немецкой литературе.
Весной 1889 г. был построен первый трехфазный асинхронный электродвигатель мощностью около 100 Вт (рис. 3.15). Этот двигатель питался током от трехфазного одноякорного преобразователя и при испытаниях показал вполне удовлетворительные результаты.
Поражает конструктивная законченность первых асинхронных электродвигателей М.О. Доливо-Добровольского. Стержни «беличьего колеса» он предлагает делать неизолированными, сердечник ротора массивным или шихтованным, стержни по торцам он соединил короткозамыкающими кольцами, для статора впервые ввел полузакрытые пазы.
Вслед за первым одноякорным преобразователем был создан второй, более мощный, а затем началось изготовление трехфазных синхронных генераторов. Уже в первых генераторах применялись два основных способа соединения обмоток: в звезду и треугольник. В дальнейшем М.О. Доливо-Добровольскому удалось улучшить использование статора с помощью широко применяемого в настоящее время метода, заключающегося в том, что обмотку делают разрезной и противолежащие катушки соединяют встречно.
Важным достижением М.О. Доливо-Добровольского явилось также то, что он отказался от выполнения двигателя с выступающими полюсами и сделал обмотку статора распределенной по всей его окружности, благодаря чему значительно уменьшилось магнитное рассеяние по сравнению с двигателями Н. Теслы. Так трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором получил современные конструктивные формы. Вскоре М.О. Доливо-Добровольским было внесено еще одно усовершенствование: кольцевая обмотка статора была заменена барабанной. После этого асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором приобрел современный вид.
Новое затруднение в развитии трехфазной техники возникло в связи с ограниченной мощностью первых источников энергии, как отдельных генераторов, так и электростанций в целом. Дело в том, что пусковой ток асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором может в несколько раз превышать номинальный, и по этому включение двигателя мощностью свыше 2 кВт отражалось на работе других потребителей.
Рис. 3.15. Первый трехфазный асинхронный двигатель Доливо-Добровольского (в собранном и разобранном виде)
Рис. 3.16. Трехфазный асинхронный двигатель Доливо-Добровольского с фазным ротором и пусковым реостатом
М.О. Доливо-Добровольский в 1890 г. изготовил двигатель с короткозамкнутым ротором мощностью примерно 3,7 кВт и при первом же испытании обнаружил значительное ухудшение пусковых свойств. Причина этого заключалась в том, что короткозамкнутый ротор был «слишком замкнут накоротко». При увеличении сопротивления обмотки ротора пусковые условия заметно улучшались, но рабочие характеристики двигателя ухудшались. Анализ возникших затруднений привел к созданию так называемого фазного ротора, т.е. такого, обмотка которого делается, подобно обмотке статора, трехфазной и ее концы соединяются с тремя кольцами, насаженными на вал. С помощью щеток эти кольца соединяются с пусковым реостатом. Таким образом, в момент пуска цепь ротора имеет большое сопротивление, которое уменьшается по мере нарастания частоты вращения. На рис. 3.16, взятом из доклада М.О. Доливо-Добровольского на первом Всероссийском электротехническом съезде (1899), показана принципиальная конструкция двигателя.
Но фазный ротор требовал устройства на валу контактных колец, а это рассматривалось многими электротехниками как недостаток по сравнению с короткозамкнутым ротором, не имевшим никаких трущихся контактов. Однако с этим недостатком пришлось мириться, и, несмотря на то что впоследствии были разработаны различные меры по улучшению условий пуска крупных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, двигатели с контактными кольцами применяются в промышленности до настоящего времени.
В статьях и докладах М.О. Доливо-Добровольского содержится много рассуждений о недопустимости сосредоточенных обмоток в машинах переменного тока, о пульсациях намагничивающей силы, о повышенном магнитном рассеянии, ухудшающем условия пуска. Налицо формирование элементов теории асинхронных машин. Конструктивные же формы созданных М.О. Доливо-Добровольским двигателей были настолько совершенны, что не претерпели сколько-нибудь существенных изменений более чем за 100 лет своего существования.
Трехфазная система не получила бы в первые же годы своего существования быстрого распространения, если бы она не решила проблемы передачи энергии на большие расстояния. Но электропередача выгодна при высоком напряжении, которое в случае переменного тока получается при помощи трансформатора. Трехфазная система не представляла принципиальных затруднений для трансформирования энергии, но требовала трех однофазных трансформаторов вместо одного при однофазной системе. Такое увеличение числа довольно дорогих аппаратов не могло не вызвать стремления найти более удовлетворительное решение.
В 1889 г. М.О. Доливо-Добровольский изобрел трехфазный трансформатор. Вначале это был трансформатор с радиальным расположением сердечников (рис. 3.17, а). Его конструкция еще напоминает машину с выступающими полюсами, в которой устранен воздушный зазор, а обмотки ротора перенесены на стержни. Затем было предложено несколько конструкций так называемых «призматических» трансформаторов, в которых удалось получить более компактную форму магнитопровода (рис. 3.17, б, в, г). Наконец, в октябре 1891 г. была сделана патентная заявка на трехфазный трансформатор с параллельными стержнями, расположенными в одной плоскости (рис. 3.17, д). В принципе эта конструкция сохранилась по настоящее время.
Целям электропередачи отвечали также работы, связанные с изучением схем трехфазной цепи. В 80–90-х годах XIX в. значительное место в электропотреблении занимала осветительная нагрузка, которая часто вносила существенную несимметрию в систему. Кроме того, иногда потребителю было желательно иметь в своем распоряжении не одно, а два напряжения: одно — для осветительной нагрузки, другое, повышенное, — для силовой.
Чтобы можно было регулировать напряжение в отдельных фазах и располагать двумя напряжениями в системе (фазным и линейным), М.О. Доливо-Добровольский разработал в 1890 г. четырехпроводную схему трехфазной цепи, или, иначе, систему с нейтральным проводом. Одновременно он указал, что вместо нейтрального, или нулевого, провода можно использовать землю.
Рис. 3.17. Трансформаторы Доливо-Добровольского
а) — с радиальным расположением сердечников; б — г — «призматические»; д — с параллельным расположением стержней в одной плоскости
М.О. Доливо-Добровольский обосновал свои предложения доказательством того, что четырехпроводная трехфазная система допускает определенную несимметрию нагрузки; при этом напряжение на зажимах каждой фазы будет оставаться неизменным. Для регулирования напряжения в отдельных фазах четырехпроводной системы М.О. Доливо-Добровольский предложил использовать изобретенный им трехфазный автотрансформатор.
Таким образом, в течение 2–3 лет были конструктивно разработаны все основные элементы трехфазной системы электроснабжения: трансформатор, трехпроводная и четырехпроводная линии передачи и асинхронный двигатель в двух его основных модификациях (с фазным и короткозамкнутым ротором). Из всех возможных конструкций многофазных синхронных генераторов, принцип построения которых был уже известен, получили широкое применение только трехфазные машины. Так зародилась и получила свое начальное развитие трехфазная система электрического тока.
Изучение истории техники трехфазных цепей показывает, что решающую роль в ее зарождении и развитии сыграли труды М.О. Доливо-Добровольского. Он не только разработал основные элементы трехфазной системы, но и сделал ряд важнейших изобретений в области техники постоянного тока, в электроизмерительной технике; ему принадлежат также некоторые другие работы. Несомненно, столь быстрый и полный успех трудов М.О. Доливо-Добровольского во многом определяется тем обстоятельством, что они отвечали основным потребностям практики. Действительно, М.О. Доливо-Добровольский начал свою инженерную и научную деятельность в тот период, когда развивавшиеся производительные силы общества ставили перед электротехникой все новые и более ответственные задачи. Основное направление работ Доливо-Добровольского совпало с главным направлением развития электроэнергетики [3.8].
В своем докладе на Международном конгрессе электриков в г. Франкфурте-на-Майне (1891 г.) он показал, что магнитный поток в магнитопроводе катушки, включенной в цепь переменного тока, целиком определяется напряжением (если считать частоту и число витков заданным) и не зависит от магнитного сопротивления. С изменением магнитного сопротивления меняется только намагничивающий ток. Это положение, которое М.О. Доливо-Добровольский называет первым основным положением теории переменного тока, действительно является исходным во всех расчетах электромагнитных устройств. Далее он отметил, что если магнитный поток изменяется синусоидально, то ЭДС (или соответственно напряжение) также изменяется по закону синуса, причем ЭДС и магнитный поток различаются по фазе на ?/2. Он ввел понятия активной и реактивной составляющих тока, которые назвал соответственно ваттным (рабочим) и безваттным (возбудительным) токами. Метод разложения любого тока на две составляющие был рекомендован М.О. Доливо-Добровольским для практических расчетов и анализа процессов в электрических машинах и аппаратах.
М.О. Доливо-Добровольский рекомендовал принять в качестве основной формы кривой тока синусоиду. В отношении частоты тока он высказался за 30–40 Гц. Позднее в результате критического отбора получили применение лишь две частоты промышленного тока: 60 Гц в США и 50 Гц в других странах. Эти частоты оказались оптимальными, ибо повышение частоты ведет к чрезмерному возрастанию частоты вращения электрических машин (при том же числе полюсов), а ее снижение неблагоприятно сказывается на равномерности освещения.
Следует отметить, что в 1888 г. У. Томсон показал возможность применения гармонического анализа Фурье для любого периодического (несинусоидального) тока. (Французский ученый Жак Батист Фурье (1768–1830 гг.) предложил свой знаменитый метод в 1822 г., разрабатывая теорию тепла).
Поделитесь на страничкеСледующая глава >
tech.wikireading.ru
 | |||||
 |
|
| Асинхронные двигатели: методы подключения расчет. | |||||
| |||||
| Асинхронный электродвигатель в качестве генератора | |||||
| |||||
| Влияние температуры на срок службы изоляции электродвигателей | |||||
| |||||
| Защита электродвигателей. | |||||
| |||||
| Измерение тока, напряжения, сопротивления электродвигателя | |||||
| |||||
| ОБОЗНАЧЕНИЯ И ТИПЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ. | |||||
| |||||
| Однофазные асинхронные электродвигатели | |||||
| |||||
| ПОЛЯРИЗОВАННЫЙ МОМЕНТНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ | |||||
| |||||
| ПРИМЕРЫ ИЗ ВИБРОДИАГНОСТИКИ. | |||||
| |||||
| Режимы работы асинхронных электродвигателей | |||||
| |||||
| Токовые перегрузки и их влияние на работу и срок службы электродвигателей | |||||
| |||||
| УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ. | |||||
| |||||
| Ремонт и испытания электрооборудования : новые разработки | |||||
| |||||
| ИЗОЛЯЦИЯ ВСЫПНЫХ СТАТОРНЫХ ОБМОТОК МАШИН ПЕРЕМЕННОГО ТОКА | |||||
| |||||
eldvigateli.narod.ru
Как мы выясняли ранее под номинальным моментом понимают такой момент на валу электродвигателя, величина которого постоянна при постоянной номинальной частоте вращения вала.
Асинхронный электродвигатель, электрическая асинхронная машина для преобразования электрической энергии в механическую. Принцип работы асинхронного электродвигателя основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля, возникающего при прохождении трехфазного переменного тока по обмоткам обмоткам статора, с током, индуктированным полем статора в обмотках ротора, в результате чего возникают механические усилия, заставляющие ротор вращаться в сторону вращения магнитного поля при условии, что частота вращения ротора n меньше частоты вращения поля n1 .Т. о., ротор совершает асинхронное вращение по отношению к полю.
Трехфазный асинхронный электродвигатель, изобретённый в конце 19-го века русским учёным-электротехником М.О. Доливо-Добровольским, получил в настоящее время преимущественное распространение и в промышленности, и в сельском хозяйстве, а также в быту. Асинхронные электродвигатели–самые простые и надёжные в эксплуатации. Поэтому во всех случаях, когда это допустимо по условиям электропривода и нет необходимости в компенсации реактивной мощности, следует применять асинхронные электродвигатели переменного тока.
Применяемые при изготовлении электрических машин материалы имеют определенную нагревостойкость, поэтому для любых режимов работы температура их частей не должна превышать некоторого предельно допустимого значения.
Повреждения электродвигателей. В обмотках электродвигателей могут возникать замыкания на землю одной фазы статора, замыкания между витками и многофазные КЗ. Замыкания на землю и многофазные КЗ могут также возникать на выводах электродвигателей, в кабелях, муфтах и воронках. Короткие замыкания в электродвигателях сопровождаются прохождением больших токов, разрушающих изоляцию и медь обмоток, сталь ротора и статора. Для защиты электродвигателей от многофазных КЗ служит токовая отсечка или продольная дифференциальная защита, действующие на отключение.
Однофазные асинхронные электродвигатели в отличие от трехфазных электродвигателей имеют на статоре однофазную обмотку (см. рис., обмотка А). Ротор однофазного двигателя имеет короткозамкнутую обмотку. Поскольку однофазный ток не создает вращающегося магнитного поля, следовательно однофазные двигатели не имеют начального или пускового вращающего момента.
Рассмотрены методики диагностики вентиляторов и электродвигателей на примере технологического оборудования мукомольного комбината.
Виброобследования проводились на Нижегородском (г. Нижний Новгород) и Володарском ( Нижегородская обл.) комбинатах хлебопродуктов.
Основным направлением работ было устранение неисправностей и балансировка вентиляторов. Дисбаланс и расцентровка вентиляторов оказались наиболее часто встречающимися неисправностями и причинами аварийных остановов производства.
Анализ повреждений асинхронных двигателей показывает, что основной причиной их выхода из строя является разрушение изоляции из-за перегрева.
Температура нагрева обмоток электродвигателя зависит от теплотехнических характеристик двигателя и параметров окружающей среды. Часть выделяемого в двигателе тепла идет на нагрев обмоток, а остальное отдается в окружающую среду. На процесс нагрева влияют такие физические параметры, как теплоемкость и теплоотдача.
Схема защиты электродвигателя.
Защиту от чрезмерно большого тока обеспечивают и тепловые реле магнитных пускателей, которые включают в цепь питания электродвигателя. Однако такое защитное устройство требует подстройки при изменении внешней температуры и подбора нагревательных элементов в соответствии с мощностью защищаемого электродвигателя.
В настоящее время происходит рост предприятий и цехов в составе предприятий занимающихся ремонтом электродвигателей, трансформаторов и другого электрооборудования. Это вызвано экономической выгодой ремонта вышедшего из строя электрооборудования в сравнении с приобретением нового. Например, стоимость ремонта электродвигателя составляет от 20 до 60 % стоимости нового. Кроме этого в эксплуатации находятся уникальные электродвигатели (ЭД) не имеющие аналогов для замены после аварии. Электрооборудование проходит ремонт механической части и электрической части. В данной статье описано оборудование для выполнения ремонта электрической части. Большое значение имеет проведение испытаний после ремонта, так как при этом выявляются возможные дефекты. Перечень испытаний электрооборудования регламентирован в «Объемы и нормы испытаний электрооборудования» РД 34.45-51.300-97.
Примерные спецификации изоляции для классов нагревосгойкл-сти A, Е, В, F и Н приведены в табл. 62—64.
В электродвигателях старых выпусков (до внедрения электродвигателей единых серий) применялся провод марки ПБД. Он имеет большую толщину изоляции, значительно снижающую коэффициент заполнения паза.
