![]() Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
![]() Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
![]() |
Асинхронные машины ⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 4
Асинхронный двигатель. Основные теоретические положения
Асинхронный двигатель наиболее распространен в качестве электропривода различных механизмов, благодаря своей простоте и надежности. Более 60% всей вырабатываемой энергии преобразуется в механическую, в основном, с помощью асинхронных двигателей. Созданы они были более 100 лет назад, русским ученным М.О. Доливо-Добровольским. Мощность асинхронных двигателей может колебаться от десятков ватт до сотен киловатт.
2.2.1. Конструкция асинхронного двигателя.
Асинхронный трехфазный электродвигатель состоит из неподвижного статора и вращающегося ротора. Статор двигателя представляет собой полый цилиндр, собранный из отдельных тонких листов электротехнической стали, изолированных друг от друга с целью уменьшения потерь мощности в магнитопроводе на гистерезис и вихревые токи. В пазах сердечника статора уложена трехфазная обмотка статора, выполненная из изолированного провода и состоящая из трех отдельных обмоток фаз, оси которых сдвинуты в пространстве относительно друг друга на угол 120°. Обмотки фаз соединяются между собой звездой или треугольником, в зависимости от значения подводимого напряжения. Ротор асинхронного электродвигателя изготовляют в двух исполнениях: короткозамкнутым и фазным (с контактными кольцами). Короткозамкнутый ротор представляет собой ферромагнитный сердечник в виде цилиндра с пазами, в которые уложена обмотка ротора, состоящая из медных или алюминиевых стержней. Эти стержни соединяются между собой торцовыми кольцами и образуют цилиндрическую клетку. В большинстве случаев клетка ротора отливается из алюминия или из сплава на его основе. Для уменьшения потерь мощности в магнитопроводе ротор, так же как и статор, собирают из отдельных изолированных друг от друга листов электротехнической стали. Фазный ротор имеет трехфазную обмотку, выполненную изолированным проводом, которая в конструктивном отношении мало чем отличается от обмотки статора двигателя. В большинстве случаев обмотка ротора соединяется в звезду. Свободные концы обмотки подводятся к контактным кольцам ротора. В процессе работы контактные кольца скользят по неподвижным щеткам при этом обеспечивают электрическое соединение обмотки вращающегося ротора с трехфазным неподвижным реостатом, подключенный к счетчикам. Такое устройство позволяет изменять активное сопротивление электрической цепи ротора асинхронного двигателя в процессе его вращения, что необходимо для уменьшения значительного пускового тока, а также для регулирования частоты вращения ротора асинхронного двигателя при работе и изменения пускового момента двигателя.
2.2.2 Принцип действия асинхронного двигателя
К обмоткам статора подводятся трехфазное напряжение, а ротор вращается посредством вращающегося магнитного поля, создаваемой системой трехфазного тока. Рассмотрим вращающееся поле переменного тока трехфазной цепи короткозамкнутого асинхронного двигателя с тремя обмотками, сдвинутым по окружности на Обмотки статора питаются симметричным трехфазным напряжением. Начальную фазу тока в обмотке А принимаем равную нулю. Тогда:
Рисунок 2.2.1 Трехфазная система токов В момент времени В момент времени Таким образом магнитная индукция представляет собой вращающееся поле с амплитудой За период поле делает один оборот,, и является промышленной частотой питающей цепи переменного тока и напряжения. При синусоидальном характере вращающегося поля его скорость no равна отношению (где p – число пар полюсов). В рассмотренном примере p = 1 и частота вращения соответственно 3000 оборотов в минуту. Если чисто катушек в каждой фазе увеличить в два раза, а сдвиг фаз сократить до Рисунок 2.2.2 Получение вращающегося магнитного поля статора
Если поменять местами любые две фазы, то возникает поле обратной последовательности и ротор начинает вращаться в другую сторону. Еще одной особенностью асинхронных двигателей является разность частоты вращения полей статора и ротора, что делает возможным их электромагнитное воздействие. При этом поле ротора будет как бы скользить относительно поля статора:
где s – скольжение, при номинальной мощности двигателя скольжение должно составлять 0,01 – 0,03. Вращающий электромагнитный момент двигателя в соответствии с законом электромагнитных сил
где Отношение максимального момента
Зависимость момента двигателя от скольжения M=f(s) приведена на рис. 2.2.3. На участке от Рисунок 2.2.3.Зависимость момента двигателя от скольжения.
Основное вращающееся магнитное поле индуцирует в обмотках статора и ротора ЭДС, так как при разомкнутом роторе асинхронный двигатель представляет собой трансформатор в режиме холостого хода.
где индекс 1 относится к параметрам статора, а 2 - к параметрам ротора; - обмоточные коэффициенты, определяемые способом укладки обмоток (петлевая или волновая).; В асинхронном двигателе кроме основного магнитного потока создаются потоки рассеяния. Один охватывает проводники статора, другой - ротора. Потоки рассеяния характеризуются соответствующими индуктивными сопротивлениям Уравнения электрического состояния фаз обмоток статора и ротора: 2.2.3. Схема замещения и основные уравнения Схема замещения позволяет определить токи, потери мощности и падения напряжения в асинхронной машине. При этом нужно учитывать, что в обмотке вращающегося ротора проходит ток, действующее значение и частота которого зависят от частоты вращения. Рисунок 2.2.4Схемазамещения.
2.2.4. Механическая характеристики асинхронного двигателя Зависимость скорости вращения от нагрузки на валу двигателя называется механической характеристикой асинхронного двигателя, рис 2.2.5. Участок 2-3 механической характеристики соответствует устойчивому режиму работы асинхронного двигателя. Увеличение нагрузки (тормозного момента) ведет к некоторому снижению частоты вращения ротора, что вызывает увеличение вращающего момента. При превышении тормозным моментом критического двигатель останавливается. Точка 3 на графике соответствует точке критического или опрокидывающего момента. Рисунок 2.2.5. Механическая характеристика асинхронного двигателя Математическое описание:?
2.2.5. Потери энергии и КПД Потери делятся на потери в статоре и в роторе. Потери в статоре состоят из электрических потерь в обмотке где Потери в стали в рабочем режиме во много раз меньше электрических потерь в роторе и ими обычно пренебрегают.
Рисунок 2.2.6.Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя Отношение полезной мощности, развиваемой на валу, к мощности, потребляемой из сети, называется КПД двигателя и определяется по формуле: КПД асинхронных двигателей зависит от их номинальных мощностей. Так как при увеличении номинальной мощности машины значение суммарных потерь уменьшается, то при возрастании, мощности машины КПД увеличивается. Поэтому у маломощных машин КПД составляет (40-60%), а в машинах средней мощности (70-90%).
2.2.6 Рабочие характеристики асинхронного двигателя. Зависимости частоты вращения ротора Рабочие характеристики для двигателей небольшой мощности можно построить путем непосредственного измерения частоты вращения n, тока I1 момента на валу М и мощности Р2 при различных нагрузках двигателя, для чего используется электромагнитный (или какой-либо другой) тормоз, позволяющий изменять тормозящий момент. Однако такой метод построения рабочих характеристик не Рисунок 2.2.7. Рабочие характеристики асинхронного двигателя.
всегда возможен, так как невсегда позволяет получить достаточно точные результаты, а в ряде случаев вообще трудноосуществим, особенно для двигателей большой мощности. В этом случае рабочие характеристики получают косвенным (например, используя круговые диаграммы) или расчетным путем (если известны параметры машины, полученные из ее расчета или из опытов холостого хода и короткого замыкания).
2.2.7 Пуск асинхронного двигателя. Пуск асинхронного двигателя можно осуществлять несколькими способами: 1) Прямой пуск – обмотку статора подключают непосредственно к сети; 2) С пусковым реостатом - когда к обмотке фазного ротора подключают пусковой реостат; 3) Пуск при пониженном напряжении – когда к обмотке статора в момент пуска подведено пониженное напряжение. Прямой пуск. Прямой пуск применяется для большинства двигателей с короткозамкнутым ротором. В этом случае обмотки статора подключают к цепи с помощью электромагнитного выключателя (рис.5). К недостаткам прямого пуска относятся: 1) малый пусковой момент Рисунок 2.2.8. Схема включения асинхронного двигателя в сеть при прямом пуске. Относительно небольшой пусковой момент при прямом пуске вызывает необходимость выбирать двигатель большей мощности, чем это требуется по условиям его работы. В самом деле, если зависимость тормозного момента от скорости Рисунок 2.2.9. Механическая характеристика асинхронного двигателя.
Пуск при пониженном напряжении. Когда мощность двигателя со- измерима с мощностью сети, используют различные способы снижения напряжения, подводимого к двигателю при пуске, что необходимо для уменьшения пускового тока. Однако снижение пускового тока вызывает нежелательное уменьшение пускового момента, поэтому такой способ применяют тогда, когда двигатель запускается вхолостую или при неполной нагрузке. Если статорная обмотка нормально работающего двигателя соединена треугольником, то его можно пускать при пониженном напряжении, переключив в начале пуска статорную обмотку на звезду (рис.2.2.10), в результате чего напряжение, приходящееся на каждую фазу, уменьшается в Рисунок 2.2.10. Схема соединения статора асинхронного двигателя при пониженном напряжении.
Недостатком пуска при пониженном напряжении является значительное уменьшение пускового и максимального моментов для двигателя. Пуск двигателейпусковым реостатом (фазным ротором). Пуск этих двигателей осуществляется с помощью пускового реостата, включенного в цепь ротора. Известно, что пусковой момент двигателя с увеличенным активным сопротивлением ротора больше, чем пусковой момент этого двигателя, если в цепь ротора не введено добавочное активное сопротивление, т. е. когда двигатель разгоняется по естественной характеристике. По естественной характеристике при тормозном моменте Так как пусковой реостат имеет несколько ступеней, то каждой из них соответствует своя искусственная механическая характеристика двигателя М (n) (кривые 1, 2, 3на рис. 2.2.11). По мере того как реостат выводится, двигатель при разгоне переходит с одной искусственной характеристики на другую, а по окончании процесса пуска реостат полностью выводится, вследствие чего двигатель переходит на естественную характеристику. Рисунок 2.2.11. Механические характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором. Введение добавочного активного сопротивления в цепь ротора при пуске, кроме увеличения пускового момента и обеспечения плавного пуска позволяет ограничивать пусковой ток в роторе и, следовательно, в статоре, что особенно важно, когда двигатель работает в режиме частых пусков. Недостатками этого способа пуска являются длительность и сложность пуска, а также необходимость применять более дорогие двигатели c контактными кольцами, которые имеют меньший КПД и 2.2.8Асинхронный двигатель с улучшенными пусковыми свойствами. Значительное улучшение пусковых характеристик асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором достигается изменением конструкции ротора: используют роторы с двойной короткозамкнутой обмоткой и с глубокими пазами. Ротор с двойной короткозамкнутой обмоткой был впервые предложен М. О. Доливо-Добровольским в 1889 г. Он имеет две короткозамкнутые обмотки, выполненные в виде беличьих клеток (рис. 2.2.11). Рисунок 2.2.11. Схема устройства ротора с двойной короткозамкнутой обмоткой.
Число пазов верхней А и нижней Б клеток может быть одинаково или различно. Наружная обмотка А выполнена из стержней малого поперечного сечения, а внутренняя обмотка Б — из стержней большого поперечного сечения. Поэтому активное сопротивление обмотки А оказывается значительно большим, чем активное сопротивление обмотки Б ( Принцип действия этого двигателя состоит в следующем. В момент включения двигателя в сеть ротор неподвижен и частота тока в роторе равна частоте тока сети Так как реактивные сопротивления обмоток асинхронных машин значительно больше их активных сопротивлений, то при пуске в ход распределение тока между обмотками А к Б примерно обратно пропорционально их индуктивным сопротивлениям. Поэтому при пуске в ход ток в основном протекает по проводникам внешней обмотки А, имеющей меньшее индуктивное и большее активное сопротивление. Эта обмотка называется пусковой. В рабочем режиме скольжение мало и, следовательно, частота тока в роторе также мала ( Таким образом, в рабочем режиме ток в основном протекает по проводникам внутренней обмотки Б, имеющим меньшее активное сопротивление. Эта обмотка называется рабочей. При такой конструкции ротора увеличивается активное сопротивление его обмоток в момент пуска в ход двигателя, что уменьшает пусковой ток и увеличивает пусковой момент так же, как включение пускового реостата в цепь фазного ротора. В двигателях с глубокими пазами на роторе коротко замкнутая обмотка ротора выполняется в виде тонких и высоких полос (рис. 2.2.12). При такой конструкции обмотки происходит оттеснение тока к верхней части проводников вследствие того, что нижние части проводников сцеплены с большим числом магнитных линий потока рассеяния, чем верхние части. Таким образом, ток, протекающий по проводникам, стремится сконцентрироваться преимущественно в верхней их части, что равносильно уменьшению поперечного сечения или увеличению активного сопротивления этих проводников. Рисунок 2.2.12. Схема устройства ротора с глубокими пазами.
Это явление оттеснения тока в верхние части проводников особенно сильно сказывается в момент включения двигателя, когда частота тока в роторе равна частоте тока сети, и, следовательно, при пуске в ход повышается активное сопротивление обмотки ротора, что увеличивает пусковой момент. При увеличении скорости вращения ротора частота тока в его обмотке уменьшается и ток более равномерно распределяется по сечению стержней, и при нормальной скорости вращения неравномерность распределения тока по поперечному сечению стержней почти полностью исчезает. Пусковой момент двигателей этого типа Таким образом, в двигателях с двойной короткозамкнутой обмоткой и с глубокими пазами пусковые моменты больше и пусковые токи меньше, чем у обычных короткозамкнутых двигателей. Однако рабочие характеристики этих двигателей несколько хуже, чем обычных короткозамкнутых двигателей — несколько меньше К.П.Д. и максимальный момент, так как больше потоки рассеяния, т. е. больше индуктивные сопротивления обмоток ротора. 2.2.9 Регулирование скорости вращения. Ротор асинхронного двигателя вращается со скоростью: Таким образом, регулировать скорость вращения можно путем изменения: · числа пар полюсов р двигателя; · частоты тока f, питающего статор; · скольжения ротора S. Число пар полюсов двигателя можно изменить, меняя количество и способ соединения катушек в каждой фазе обмотки статора. Две скорости вращения у двигателя с одной обмоткой получают переключением катушек одной фазы с последовательного на параллельное соединение. Четырехскоростные двигатели имеют на статоре две обмотки.включая ту или иную обмотку и переключая катушки внутри обмоток с последовательного соединения на параллельное или наоборот, можно получить четыре разные скорости вращения. В настоящее время электромашиностроительные заводы выпускают двухскоростные и многоскоростные (трех- и четырехскоростные) двигатели. Регулирование скорости вращения переключением числа пар полюсов производят только у двигателей с короткозамкнутым ротором. Для двигателя с фазным ротором этот способ неприменим, так как в этом случае необходимо было бы изменить число катушек и их, соединение в каждой фазе ротора. Недостатками этого способа регулирования скорости вращения являются ступенчатое изменение скорости и наличие громоздкого многоконтактного переключателя. Кроме того, увеличиваются габаритов самого двигателя. Рисунок 2.2.12. Механические характеристики при изменении числа пар полюсов Регулирование скорости вращения изменением частоты, возможно лишь в том случае, если двигатель получает питание от отдельного синхронного генератора или от преобразователя частоты. Изменение частоты производится за счет регулирования скорости вращения генератора или преобразователя с помощью первичного двигателя. Этот способ регулирования применяется редко вследствие громоздкости и высокой стоимости агрегата для получения переменной частоты. Рисунок 2.2.13. Механические характеристики при изменении частоты питания сети
Регулирование скорости вращения изменением скольжения применяют только для двигателей с фазным ротором, редкий и устаревший способ, в настоящее время почти не применяется. Скольжение зависит от активного сопротивления цепи ротора. Следовательно, при изменении активного сопротивления в роторе асинхронного двигателя будет изменяться скольжение, а значит, и наклон механической характеристики. Чем больше сопротивление в цепи ротора, тем меньше скорость его вращения. Таким образом, регулирование скорости двигателя можно производить с помощью реостата в цепи ротора. Однако пусковой реостатнельзя использовать для регулирования скорости: он рассчитывается на кратковременную нагрузку, а регулировочный реостат должен работать продолжительное время. Применяя реостат в цепи ротора, плавнорегулируют скорость, но при этом снижается к. п, д. двигателя. Рисунок 2.2.14. Механические характеристики асинхронного двигателя с различными сопротивлениями в цепи ротора. Этот способ регулирования применяют только для двигателей с фазным ротором, работающих главным образом в кратковременном режиме. Возможна также регулировка скорости вращения изменением напряжения, подводимого к двигателю ( Рисунок 2.2.15. Механические характеристики асинхронного двигателя при изменении напряжения. Реверс асинхронного двигателя. Направление вращения ротора зависит от направления вращения магнитного поля статора, поэтому для изменения направления вращения ротора следует изменить последовательность фаз. На практике это осуществляется путем перемены мест двух фаз. Для этого часто используют трехполюсные переключатели (рис3). Рисунок 2.2.16. Схема реверса асинхронного двигателя.
Однофазный асинхронный двигатель. Одно- и двухфазные асинхронные двигатели. Принцип действия однофазных электродвигателей основан также на использовании вращающегося магнитного поля Пусковая обмотка по отношению к основной уложена так, что направления их намагничивающих сил сдвинуты в пространстве на угол 90 эл.град. Последовательно с пусковой обмоткой включают фазосмещающий элемент (ф. э.— R, L или С), чем обеспечивают сдвиг по фазе токов основной и пусковой обмоток. Наилучший эффект смещения фаз дает включение конденсатора. Пространственный сдвиг осей магнитных полюсов двух обмоток на 90° и сдвиг по фазе токов в них создают условия для образования вращающегося магнитного поля (при фазовом сдвиге на 90° поле круговое, как в трехфазном двигателе). Таким образом, пусковой вращающий момент образуется при вращающемся магнитном поле. После разбега ротора пусковая обмотка отключается и двигатель продолжает работать при пульсирующем магнитном поле основной обмотки. Выпускают также двухфазные двигатели с двумя обмотками, занимающими по половине всех пазов статора, сдвинутые в пространстве на 90°. Одна из обмоток (основная - А) включена в сеть непосредственно, другая (вспомогательная - В) через конденсатор. Вспомогательная обмотка, в отличие от пусковой, вместе с конденсатором остается включенной и в рабочем режиме, поэтому двигатель называют конденсаторным. Рисунок 2.2.17. Пример подключения однофазного асинхронного двигателя. Имеются и другие модификации одно- и двухфазных асинхронных двигателей. Они несколько отличаются по своим техническим характеристикам, которые ниже, чем у трехфазных электродвигателей. Мощность одно- и двухфазных асинхронных двигателей невелика (чаще всего менее 0,5 кВт). Они нашли свое применение в бытовых приборах такие как стиральные машины, вентиляторы, небольшие деревообрабатывающие станки, электрические инструменты, насосы для подачи воды и т.д. Date: 2015-05-04; view: 1974; Нарушение авторских прав |