Асинхронный двигатель и трансформатор реферат

Обновлено: 08.07.2024

Наибольшее применение имеют трехфазные асинхронные двигатели, рассчитанные на работу от сети промышленной частоты (50 Гц). Асинхронные двигатели специального применения изготовляются на повышенные частоты переменного тока (200, 400 Гц и более). Основное внимание в данном разделе уделено изучению трехфазных асинхронных двигателей общего применения. Рис. 2.1. Асинхронный двигатель с фазным ротором… Читать ещё >

Асинхронные машины. Электрические машины и трансформаторы ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Асинхронные машины являются наиболее широко применяемыми в современных электроприводах, это самый распространенный вид электрических машин переменного тока. Как и любая электрическая машина, асинхронная машина обратима и может работать как в двигательном, так и в генераторном режимах. Однако преобладающее применение имеют асинхронные двигатели, составляющие основу современного электропривода. Области применения асинхронных двигателей очень впечатляющие — от привода устройств автоматики и бытовых электроприборов до привода крупного горного оборудования (экскаваторов, дробилок, мельниц и т. п. ). Поэтому мощность асинхронных двигателей, выпускаемых электромашиностроительной промышленностью, составляет диапазон от долей ватт до тысяч киловатт при напряжении питающей сети от десятков вольт до 10 кВ.

Рис. 2.1. Асинхронный двигатель с фазным ротором: I, 7 — подшипники: 2. 6- подшипниковые щиты: 3 — корпус: 4 — магнитопровод статора с обмоткой;

5 — магнитопровод ротора с обмоткой; 8 — вал:
9 — коробка выводов: 10- лапы; 11- контактные кольца

Назначение, устройство и принцип действия однофазного и трёхфазного трансформаторов, коэффициент трансформации, обозначение зажимов обмоток. Устройство и принцип работы асинхронного двигателя, соединение обмоток статора. Устройство магнитных пускателей.

Рубрика	Физика и энергетика
Вид	шпаргалка
Язык	русский
Дата добавления	23.10.2009
Размер файла	8,7 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Устройство и принцип действия однофазного трансформатора

Устройство - сердечник, кот делается наборный из листков стали. На стержне сердечника помещаются обмотка, кот выполн из медного, алюминиевого проводников. Обмотка, присоединённая к источнику питания - первичная; обмотка, к которой подключён приёмник, и относящиеся к ней величины - вторичными. Различ обмотку высшего напряжения (ВН) и обмотку низшего напряжения (НН). Аа - начало обмоток, Хх - концы. Принцип работы. При подключении первичной обмотки трансформатора к источнику переменного тока, по этой обмотке потечёт электрич ток, под действием приложенного напряжения. Этот ток создаст магнитное поле, кот будет замыкаться по сердечнику трансформатора. Т.к. это поле переменное, то в соответствии с законом магнитной индукции оно наведёт на первичн и вторичн обмотках электродвижущие силы. ЭДС, наводимая в первичн обмотке - ЭДС самоиндукции (Е₁). ЭДС со вторичной обмотки - ЭДС взаимной индукции (Е2). Е1=W1, Е2=W2. При этом величина ЭДС пропорциональна кол-ву витков обмоток. Отношение ЭДС Е1/Е2=W1/W2=К - коэффиц трансформации трансформатора. В зависимости от величины К трансформаторы бывают повыш ( 1). Для определ К делают опыт холостого хода.

Коэффициент трансформации трансформатора

Отношение ЭДС Е1/Е2=W1/W2=К - коэффиц трансформации трансформатора. ЭДС, наводимая в первичн обмотке - ЭДС самоиндукции (Е₁). ЭДС со вторичной обмотки - ЭДС взаимной индукции (Е2). Е1=W1, Е2=W2. При этом величина ЭДС пропорциональна кол-ву витков обмоток. В зависимости от величины К трансформаторы бывают повыш ( 1). Для определ К делают опыт холостого хода.

Как обозначаются зажимы обмотки однофазного и трёхфазного трансформаторов

Обмотка, присоединённая к источнику питания - первичная; обмотка, к которой подключён приёмник, и относящиеся к ней величины - вторичными. Различ обмотку высшего напряжения (ВН) и обмотку низшего напряжения (НН). Аа - начало обмоток, Хх - концы.

Устройство и принцип работы асинхронного двигателя

Не требует спец обслуживания. Устройство. Сост из статора, кот сост из корпуса статора, внутри кот устанавлив сердечник, кот набирается из тонких листов электролитич стали, т.е. делается шифтованным. В сердечнике статора имеются пазы, в кот вкладыв обмотка статора. Обмотка делаетсся 3-х фазной, т.е. имеются 3 самост обмотки, сдвинут в пространстве на 180°. С1;С2;С3; - начало обмоток. С4;С5;С6 - концы обмоток. Фазные обмотки соединяются между собой звездой или треугольником и подключ к трёхфазной сети. Ротор - вращающ часть. Сост из вала. На валу устанавлив сердечник ротора из электротехнич стали. В сердечнике имеются пазы, в кот закладыв обмотка ротора. Асинхрон двигат бывают с короткозамкнутым и с фазовым ротором. В двигателях с короткозамкнутым ротором обмотка ротора выполн в виде стержней, кот помещ в пазы ротора. Эти стержни по торцам замыкаются короткозамыкающ кольцами, т.е. обмотка всё время замкнута. Путём заливки каждого паза ротора алюминием или его сплавом. Короткозамкнут кольца и вентеляцион лопатки. Если обмотка ротора выполн аналог обмотке статора, т.е. из медного изолирован провода, всыпают туда проводники, и концы этой обмотки выводится на 3 кольца, кот помещают на валу ротора - двигатель с фазным ротором. Эти 3 контактных кольца изолир друг от друга и от гл ротора. На кольцо помещ щётки, через кот обмотка ротора соедин с внещн электрич цепью. Это делается, чтобы двигатель при пуске развивал большой момент - различн дробилки, крановские установки. Принцип работы. При подключен обмотки статора к 3-х фазному перемен напряжен по этой обмотке потечёт эл ток, кот создаст вращающ перемен магнитн поле. n₁= f - чистота тока, p - число пар полюсов обмотки статора двигателя.

Какие существуют соединения обмоток статора

Обмотка делаетсся 3-х фазной, т.е. имеются 3 самост обмотки, сдвинут в пространстве на 180°. С1;С2;С3; - начало обмоток. С4;С5;С6 - концы обмоток. Фазные обмотки соединяются между собой звездой или треугольником и подключ к трёхфазной сети.

Устройство магнитных пускателей

Комплектное устройство управления, сост из одного или нескольких электромагнитн контакторов, тепловых реле и кнопок управления (пуск, стоп), (подвижные и вспомогательные контакты в цепи оперативного тока).

Подобные документы

Устройство и принцип работы, неисправности и способы их устранения у контакторов переменного тока и магнитных пускателей. Назначение элементов контактора. Замыкающие и размыкающие контакторы для переключения в цепях управления, блокировки и сигнализации.

лабораторная работа [461,1 K], добавлен 12.01.2010

Применение различных типов электродвигателей во многих отраслях промышленности, в предметах и устройствах, окружающих нас каждый день. Принцип работы однофазного двигателя. Использование трёхфазного двигателя в быту, его недостатки и устройство.

презентация [3,0 M], добавлен 14.02.2016

Устройство электромагнитных пускателей, принцип их действия и сферы применения. Техническое обслуживание магнитных пускателей, ремонт электрооборудования. Основные правила техники безопасности при обслуживании электроустановок напряжением ниже 1000 В.

контрольная работа [1,2 M], добавлен 09.12.2009

Принцип действия асинхронного двигателя. Устройство асинхронных электродвигателей с фазным ротором. Схемы присоединения односкоростных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором. Режимы работы электродвигателей, их монтаж и центровка.

презентация [674,1 K], добавлен 29.04.2013

Номенклатура силовых трансформаторов. Устройство и принцип действия трансформаторов. Конструкции линий электропередач и их составляющие. Виды и применение счетчиков электроэнергии. Действие электрического тока на организм человека, оказание первой помощи.

отчет по практике [465,9 K], добавлен 20.11.2013

Понятие электрических машин, их виды и применение. Бытовая электрическая техника и оборудование предприятий. Устройство и принцип действия трёхфазного электрического двигателя, схемы соединения его обмоток. Формулы 3-х фазных ЭДС. Виды асинхронных машин.

презентация [2,8 M], добавлен 02.02.2014

Определение трехфазного асинхронного двигателя и обмоточных данных, на которые выполнены схемы обмоток. Перерасчет обмоток на другие данные (фазное напряжение и частоту вращения магнитного поля статора). Установление номинальных данных электродвигателя.

Асинхронной машиной называется двухобмоточная электрическая машина переменного тока, у которой только одна обмотка (первичная) получает питание от электрической сети с постоянной частотой ω₁ , а вторая обмотка (вторичная) замыкается накоротко или на электрические сопротивления . Токи во вторичной обмотке появляются в результате электромагнитной индукции. Их частота ω₂ является функцией угловой скорости ротора Ω, которая в свою очередь зависит от вращающего момента, приложенного к валу.

Наибольшее распространение получили асинхронные машины с трехфазной симметричной разноименнополюсной обмоткой на статоре, питаемой от сети переменного тока, и с трехфазной или многофазной симметричной разноименнополюсной обмоткой на роторе.

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

Асинхронный двигатель является наиболее распространенным типом двигателя переменного тока.

Разноименнополюсная обмотка ротора асинхронного двигателя может быть короткозамкнутой (беличья клетка) или фазной (присоединяется к контактным кольцам). Наибольшее распространение имеют дешевые в производстве и надежные в эксплуатации двигатели с короткозамкнутой обмоткой на роторе, или короткозамкнутые двигатели. Эти двигатели обладают жесткой механической характеристикой (при изменении нагрузки от холостого хода до номинальной их частота вращения уменьшается всего на 2—5%).

Двигатели с короткозамкнутой обмоткой на роторе обладают также довольно высоким начальным пусковым вращающим моментом. Их основные недостатки: трудность осуществления плавного регулирования частоты вращения в широких пределах; потребление больших токов из сети при пуске (в 5—7 раз превышающих поминальный ток).

Двигатели с фазной обмоткой на роторе или двигатели с контактными кольцами избавлены от этих недостатков ценой усложнения конструкции ротора, что приводит к их заметному удорожанию по сравнению с короткозамкнутыми двигателями (примерно в 1,5 раза). Поэтому двигатели с контактными кольцами на роторе находят применение лишь при тяжелых условиях пуска, а также при необходимости плавного регулирования частоты вращения.

Двигатели с контактными кольцами иногда применяют в каскаде с другими машинами. Каскадные соединения асинхронной машины позволяют плавно регулировать частоту вращения в широком диапазоне при высоком коэффициенте мощности, однако из-за значительной стоимости не имеют сколько-нибудь заметного распространения.

В двигателях с контактными кольцами выводные концы обмотки ротора, фазы которой соединяются обычно в звезду, присоединяются к трем контактным кольцам. С помощью щеток, соприкасающихся с кольцами, в цепь обмотки ротора можно вводить добавочное сопротивление или дополнительную ЭДС для изменения пусковых или рабочих свойств машины; щетки позволяют также замкнуть обмотку накоротко.

В большинстве случаев добавочное сопротивление вводится в обмотку ротора только при пуске двигателя, что приводит к увеличению пускового момента и уменьшению пусковых токов и облегчает пуск двигателя. При работе асинхронного двигателя пусковой реостат должен быть полностью выведен, а обмотка ротора замкнута накоротко. Иногда асинхронные двигатели снабжаются специальным устройством, которое позволяет после завершения пуска замкнуть между собой контактные кольца и приподнять щетки. В таких двигателях удается повысить КПД за счет исключения потерь от трения колец о щетки и электрических потерь в переходном контакте щеток.

Выпускаемые заводами асинхронные двигатели предназначаются для работы в определенных условиях с определенными техническими данными, называемыми номинальными. К числу номинальных данных асинхронных двигателей, которые указываются в заводской табличке машины, укрепленной на ее корпусе, относятся:

механическая мощность, развиваемая двигателем, Р_н = P _2н ;

частота сети f ₁ ;

линейное напряжение статора U _1лн

линейный ток статора I _1лн ;

частота вращения ротора n_н ;

коэффициент мощности cosφ₁ _н ;

коэффициент полезного действия η_н .

Если у трехфазной обмотки статора выведены начала и концы фаз и она может быть включена в звезду или треугольник, то ука-зываются линейные напряжения и токи для каждого из возможных соединений (Υ/Δ).

Кроме того, для двигателя с контактными кольцами приводится напряжение на разомкнутых кольцах при неподвижном роторе и линейный ток ротора в номинальном режиме.

Номинальные данные асинхронных двигателей варьируются в очень широких пределах. Номинальная мощность — от долей ватта до десятков тысяч киловатт. Номинальная синхронная частота вращения п_1н = 60 f ₁ /р при частоте сети 50 Гц от 3000 до 500 об/мин и менее в особых случаях; при повышенных частотах — до 100 000 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 микродвигателях 0,2—0,65.

Номинальный коэффициент мощности асинхронных двигателей, равный отношению активной мощности к полной мощности, потребляемой из сети,

также возрастает с ростом мощности и частоты вращения двигателей; при мощности более 1 кВт он составляет 0,7—0,9; в микродвигателях 0,3—0,7.

2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РЕЖИМАХ РАБОТЫ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ.

В двигательном режиме разница частот вращения ротора и поля статора в большинстве случаев невелика и составляет лишь несколько процентов. Поэтому частоту вращения ротора оценивают не в абсолютных единицах (об/мин или об/с), а в относительных, вводя понятие скольжения:

s = ( п _с - п )/ п _с ,

где п _с — частота вращения поля (синхронная частота вращения); п — частота вращения ротора.

Скольжение выражается либо в относительных единицах ( s = = 0,02; 0,025 и т. п.), либо в процентах ( s - 2 %; 2,5 % и т. п.).

Частота тока и ЭДС, наводимая в проводниках обмотки ротора, зависят от частоты тока и ЭДС обмотки статора и от скольжения:

f ₂ - f ₁ s; Е ' ₂ - E ₁ s,

где Е ₁ — ЭДС обмотки статора; Е' ₂ — ЭДС обмотки ротора, приведенная к числу витков обмотки статора.

Теоретически асинхронная машина может работать в диапазоне изменения скольжения s = -∞. +∞ (рис. 2.1),

Рис. 2.1. Механическая характеристика

но не при s = 0, так как в этом случае п - п _с и проводники обмотки ротора неподвижны относительно поля статора, ЭДС и ток в обмотке равны нулю и момент отсутствует. В зависимости от практически возможных скольжений различают несколько режимов работы асинхронных машин (рис. 2.1): генераторный режим при s 1. В генераторном режиме ротор машины вращается в ту же сторону, что и поле статора, но с большей частотой. В двигательном — направления вращения поля статора и ротора совпадают, но ротор вращается медленнее поля статора: п = п _с (1 - s ). В трансформаторном режиме ротор машины неподвижен и обмотки ротора и статора не перемещаются относительно друг друга. Асинхронная машина в таком режиме представляет собой трансформатор и отличается от него расположением первичной и вторичной обмоток (обмотки статора и ротора) и наличием воздушного зазора в магнитопроводе. В тормозном режиме ротор вращается, но направление его вращения противоположно направлению поля статора и машина создает момент, противоположный моменту, действующему на вал. Подавляющее большинство асинхронных машин используют в качестве двигателей, и лишь очень небольшое количество — в генераторном и трансформаторном режимах, в тормозном режиме — кратковременно.

Для оценки механической характеристики асинхронного двигателя моменты, развиваемые двигателем при различных скольжениях, обычно выражают не в абсолютных, а в относительных единицах, т. е. указывают кратность по отношению к номинальному моменту: М* = M /М_ном . Зависимость М * = f ( s ) асинхронного двигателя (рис. 2.2) имеет несколько характерных точек, соответствующих пусковому М* _п , минимальному М* _min , максимальному М* _max и номинальному М* _ном моментам.

Пусковой момент М* _п характеризует начальный момент, развиваемый двигателем непосредственно при включении его в сеть при неподвижном роторе ( s - 1). После трогания двигателя с места его момент несколько уменьшается по сравнению с пусковым (см. рис. 2.2). Обычно М* _min на 10. 15 % меньше М* _п . Большинство двигателей проектируют так, чтобы их М* _min был больше М* _ном , так как они могут достигнуть номинальной скорости лишь при условии, что момент сопротивления, приложенный к валу, будет меньше, чем М* _min .

Максимальный момент М* _max характеризует перегрузочную способность двигателя. Если момент сопротивления превышает М* _max , двигатель останавливается. Поэтому М* _max называют также критическим, а скольжение, при котором момент достигает максимума, — критическим скольжением s_к _p . Обычно s _кр не превышает 0,1. 0,15; в двигателях с повышенным скольжением (крановых, металлургических и т. п.) s _к _p может быть значительно большим.

В диапазоне 0 s _кр двигатель в нормальных условиях работать не может. Эта часть характеристики определяет пусковые свойства двигателя от момента пуска до выхода на рабочую часть характеристики.

к сети, а ротор неподвижен, называют также режимом

Рис. 2.2. Зависимость тока и момента

асинхронного двигателя от скольжения

короткого замыкания двигателя. При s = 1 ток двигателя в несколько раз превышает номинальный, а охлаждение много хуже, чем при номинальном режиме. Поэтому в режиме короткого замыкания асинхронный двигатель, не рассчитанный для работы при скольжениях, близких к единице, может находиться лишь в течение нескольких секунд.

Режим короткого замыкания возникает при каждом пуске двигателя, однако в этом случае он кратковременен. Несколько пусков двигателя с короткозамкнутым ротором подряд или через короткие промежутки времени могут привести к превышению допустимой температуры его обмоток и к выходу двигателя из строя.

3. АНАЛИТИЧЕСКОЕ И ГРАФИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ АСИНХРОННОЙ МАШИНЫ

Электромеханическое преобразование энергии может происходить в асинхронной машине в следующих трех режимах:

в режиме двигателя 0 Ω > 0;

в режиме генератора s Ω₁ ;

в режиме тормоза s > 1, Ω 0, направленного в сторону поля, ротор машины вращается в сторону поля со скоростью, меньшей, чем скорость поля (Ω₁ > Ω > 0, 0 0; Ρ _мех = Μ Ω=Ρ _э2 >0.

Электрическая мощность Р ₁ = Р _эм + Р _м + Р _э1 > 0 преобразуется в механическую мощность Р ₂ = Р _мех — Ρ _д — Ρ _Ί > 0, передаваемую через вал приводимой в движение машины.

Энергетические процессы в режиме двигателя иллюстрируются рис. 3.1, а, на котором направление активной составляющей тока ротора i _2а совпадает с индуктированной в роторе ЭДС. Направление электромагнитного момента Μ определяется электромагнитной силой B_m i ₂ _a , действующей на ток i ₂ _a .

Полезная механическая мощность Р ₂ оказывается меньше потребляемой из сети мощности на потери ΣΡ:

И КПД двигателя выражается формулой:

η= = 1- = f(s)

В режиме генератора (область Г на рис. 3.2) под воздействием внешнего момента М_в > 0, направленного в сторону поля (рис. 3.1, б), ротор машины вращается со скоростью, превышающей скорость поля (Ω > Ω₁ , s 1). В этом режиме электромагнитный момент М, уравновешивающий внешний момент, как и в режиме двигателя (направление вращения поля Ω.₅ относительно ротора остается таким же, как в режиме двигателя), направлен в сторону поля и считается положительным (М > 0). Однако, поскольку Ω 0

Это означает, что она поступает из сети в машину.

Подведенные к ротору машины со стороны сети |Ρ _эм | и вала | Ρ _мех | мощности превращаются в электрические потери Р_э2 в сопротивлении ротора R '₂ (рис. 3.2):

| Ρ _мех | + | Ρ _эм | = Ρ _э2 + Ρ _э2 = Ρ _э2 = m ₁ R '₂ (I '₂ ) 2 .

Асинхронная машина в этом режиме может быть использована для притормаживания опускаемого подъемным краном груза. При этом мощность | Ρ _мех | = | Μ Ω | поступает в ротор машины (см. рис. 3.1).

В режиме идеального холостого хода внешний вращающий момент Μ _в , момент трения Μ _т = Ρ_т /Ω и момент, связанный с добавочными потерями, М_д = Ρ_д /Ω равны нулю. Ротор вращается со скоростью поля (Ω = Ω₁ , s = 0) и не развивает полезной механической мощности (М = 0, Р_мех = ΜΩ = 0).

В режиме идеального холостого хода внешний момент, приложенный к валу машины, равен нулю (М _в = 0). Считается также, что отсутствует момент от трения вращающихся частей. Ротор машины вращается с той же угловой скоростью, что и вращающееся поле (Ω = Ω₁ ), скольжение равно нулю (s = 0); ЭДС и токи в обмотке ротора не индуктируются(I ₂ =0), и электромагнитный момент, уравновешивающий внешний момент и момент сил трения, равен нулю (М = 0).

Режим холостого хода асинхронной машины аналогичен режиму холостого хода трансформатора. В асинхронной машине и в трансформаторе ток в этом режиме имеется только в первичной обмоткеI ₁ ≠ 0, а во вторичной — отсутствует (I ₂ = 0); в машине и в трансформаторе магнитное поле образуется в этом режиме только первичным током, что позволяет называть ток холостого хода намагничивающим током(I ₁ = I ₀ ). В отличие от трансформатора система токовI ₀ в фазах многофазной обмотки статора образует вращающееся магнитное поле.

По аналогии с трансформатором уравнение напряжений необходимо составить при холостом ходе только для фазы обмотки статора, являющейся первичной обмоткой:

где — ЭДС, индуктированная в фазе вращающимся магнитным полем с потоком Ф_га ;

— фазное напряжение первичной сети;

R ₁ , Х₁ — активное и индуктивное сопротивления рассеяния фазы первичной обмотки (см. далее).

В силу малости падений напряжений X ₁ I ₀ и R ₁ I ₀ напряжение почти полностью уравновешивается ЭДС т. е. = -.

В режиме холостого хода R ' _мех = R ' ₂ = ∞, ток R ' ₂ = 0 и схема замещения содержит только одну ветвь Z₁ + Z₀ (Т-образная и Г-образная схемы не отличаются друг от друга).

В режиме короткого замыкания под действием внешнего момента Μ _в , уравновешивающего электромагнитный момент М, ротор удерживается в неподвижном состоянии (Ω = 0, s = = 1) и не совершает полезной механической работы (Р _мех = Μ Ω = 0).

Направление тока i _2a и электромагнитного момента Μ остается таким же, как в режиме двигателя, и Μ > 0 (см. рис. 3.1, г). Электромагнитная мощность Р_эм = Μ Ω₁ > 0 — она поступает в ротор из статора и превращается в электрические потери (Р_эм = = Р_э2 ). В этом режиме асинхронная машина работает как коротко-замкнутый со вторичной стороны трансформатор, отличаясь от него только тем, что в ней существует вращающееся поле взаимной индукции вместо пульсирующего поля в трансформаторе.

В режиме короткого замыкания R ' _мех = R ' ₂ = 0 и сопротивление схемы замещения по рис. 42-3 определяется параллельно включенными сопротивлениями Z₁ + Z₀ и Z₁ + Z' ₂ . Имея в виду, что |Z₁ + Z' ₂ | « |Z₁ + Z₀ |, можно отбросить ветвь Z₁ + Z₀ и считать сопротивление схемы замещения при коротком замыкании равным

Если к неподвижному ротору асинхронной машины подключить симметричную систему дополнительных сопротивлений R_2д + j Х_2д , то она будет работать как трансформатор, преобразующий электрическую энергию, поступающую из первичной сети, в электрическую энергию с другими параметрами, потребляемую дополнительными сопротивлениями R_2д + j Х_2д . Поэтому режим при s = 1 называется также режимом трансформатора.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Министерство образовании Рязанской области

Областное государственое бюджетное

профессиональное образовательное учреждением

Асинхронные электродвигатели (АД) находят в народном хозяйстве широкое применение. По разным данным до 70% всей электрической энергии, преобразуемой в механическую энергию вращательного или поступательного движения, потребляется асинхронным двигателем. Электрическую энергию в механическую энергию поступательного движения преобразуют линейные асинхронные электродвигатели, которые широко используются в электрической тяге, для выполнения технологических операций. Широкое применение АД связано с рядом их достоинств.

Асинхронные двигатели - это самые простые в конструктивном отношении и в изготовлении, надежные и самые дешевые из всех типов электрических двигателей. Они не имеют щеточноколлекторного узла либо узла скользящего токосъема, что помимо высокой надежности обеспечивает минимальные эксплуатационные расходы. В зависимости от числа питающих фаз различают трехфазные и однофазные асинхронные двигатели.

Трехфазный асинхронный двигатель при определенных условиях может успешно выполнять свои функции и при питании от однофазной сети. АД широко применяются не только в промышленности, строительстве, сельском хозяйстве, но и в частном секторе, в быту, в домашних мастерских, на садовых участках.

Однофазные асинхронные двигатели приводят во вращение стиральные машины, вентиляторы, небольшие деревообрабатывающие станки, электрические инструменты, насосы для подачи воды. Чаще всего для ремонта или создания механизмов и устройств промышленного изготовления или собственной конструкции применяют трехфазные АД. Причем в распоряжении конструктора может быть как трехфазная, так и однофазная сеть. Возникают проблемы расчета мощности и выбора двигателя для того или другого случая, выбора наиболее рациональной схемы управления асинхронным двигателем, расчета конденсаторов, обеспечивающих работу трехфазного асинхронного двигателя в однофазном режиме, выбора сечения и типа проводов, аппаратов управления и защиты. Такого рода практическим проблемам посвящена предлагаемая вниманию читателя книга. В книге приводится также описание устройства и принципа действия асинхронного двигателя, основные расчетные соотношения для двигателей в трехфазном и однофазном режимах.

Устройство и принцип действия асинхронных электродвигателей

Устройство трехфазных асинхронных двигателей

Трехфазный асинхронный двигатель (АД) традиционного исполнения, обеспечивающий вращательное движение, представляет собой электрическую машину, состоящую из двух основных частей: неподвижного статора и ротора, вращающегося на валу двигателя. Статор двигателя состоит из станины, в которую впрессовывают так называемое электромагнитное ядро статора, включающее магнитопровод и трехфазную распределенную обмотку статора. Назначение ядра - намагничивание машины или создание вращающегося магнитного поля. Магнитопровод статора состоит из тонких (от 0,28 до 1 Мм) изолированных друг от друга листов, штампованных из специальной электротехнической стали. В листах различают зубцовую зону и ярмо (рис. 1.а). Листы собирают и скрепляют таким образом, что в магнитопроводе формируются зубцы и пазы статора (рис. 1.б). Магнитопровод представляет собой малое магнитное сопротивление для магнитного потока, создаваемого обмоткой статора, и благодаря явлению намагничивания этот поток усиливает.

Рис. 1 Магнитопровод статора

В пазы магнитопровода укладывается распределенная трехфазная обмотка статора. Обмотка в простейшем случае состоит из трех фазных катушек, оси которых сдвинуты в пространстве по отношению друг к другу на 120°. Фазные катушки соединяют между собой по схемам звезда, либо треугольник (рис. 2).

Рис 2. Схемы соединения фазных обмоток трехфазного асинхронного двигателя в звезду и в треугольник

Рис. 3. Ротор аснхронного двигателя с короткозамкнутой обмоткой

Общий вид асинхронного двигателя серии 4А представлен на рис. 4 [2]. Ротор 5 напрессовывается на вал 2 и устанавливается на подшипниках 1 и 11 в расточке статора в подшипниковых щитах 3 и 9, которые прикрепляются к торцам статора 6 с двух сторон. К свободному концу вала 2 присоединяют нагрузку. На другом конце вала укрепляют вентилятор 10 (двигатель закрытого обдуваемого исполнения), который закрывается колпаком 12. Вентилятор обеспечивает более интенсивное отведение тепла от двигателя для достижения соответствующей нагрузочной способности. Для лучшей теплоотдачи станину отливают с ребрами 13 практически по всей поверхности станины. Статор и ротор разделены воздушным зазором, который для машин небольшой мощности находится в пределах от 0,2 до 0,5 мм. Для прикрепления двигателя к фундаменту, раме или непосредственно к приводимому в движение механизму на станине предусмотрены лапы 14 с отверстиями для крепления. Выпускаются также двигатели фланцевого исполнения. У таких машин на одном из подшипниковых щитов (обычно со стороны вала) выполняют фланец, обеспечивающий присоединение двигателя к рабочему механизму.

Рис. 4. Общий вид асинхронного двигателя серии 4А

Выпускаются также двигатели, имеющие и лапы, и фланец. Установочные размеры двигателей (расстояние между отверстиями на лапах или фланцах), а также их высоты оси вращения нормируются. Высота оси вращения - это расстояние от плоскости, на которой расположен двигатель, до оси вращения вала ротора. Высоты осей вращения двигателей небольшой мощности: 50, 56, 63, 71, 80, 90, 100 мм.

Принцип действия трехфазных асинхронных двигателей

Выше отмечалось, что трехфазная обмотка статора служит для намагничивания машины или создания так называемого вращающегося магнитного поля двигателя. В основе принципа действия асинхронного двигателя лежит закон электромагнитной индукции. Вращающееся магнитное поле статора пересекает проводники короткозамкнутой обмотки ротора, отчего в последних наводится электродвижущая сила, вызывающая в обмотке ротора протекание переменного тока. Ток ротора создает собственное магнитное поле, взаимодействие его с вращающимся магнитным полем статора приводит к вращению ротора вслед за полями. Наиболее наглядно идею работы асинхронного двигателя иллюстрирует простой опыт, который еще в XVIII веке демонстрировал французский академик Араго (рис. 5). Если подковообразный магнит вращать с постоянной скоростью вблизи металлического диска, свободно расположенного на оси, то диск начнет вращаться вслед за магнитом с некоторой скоростью, меньшей скорости вращения магнита.

Рис. 5. Опыт Араго, объясняющий принцип работы асинхронного двигателя.

Это явление объясняется на основе закона электромагнитной индукции. При движении полюсов магнита около поверхности диска в контурах под полюсом наводится электродвижущая сила и появляются токи, которые создают магнитное поле диска. Читатель, которому трудно представить проводящие контуры в сплошном диске, может изобразить диск в виде колеса со множеством проводящих ток спиц, соединенных ободом и втулкой. Две спицы, а также соединяющие их сегменты обода и втулки и представляют собой элементарный контур. Поле диска сцепляется с полем полюсов вращающегося постоянного магнита, и диск увлекается собственным магнитным полем. Очевидно, наибольшая электродвижущая сила будет наводиться в контурах диска тогда, когда диск неподвижен, и напротив, наименьшая, когда близка к скорости вращения диска. Перейдя к реальному асинхронному двигателю отметим, что короткозамкнутую обмотку ротора можно уподобить диску, а обмотку статора с магнитопроводом - вращающемуся магниту. Однако вращение магнитного поля в неподвижном статоре а осуществляется благодаря трехфазной системе токов, которые протекают в трехфазной обмотке с пространственным сдвигом фаз.

Выдающийся русский электротехник М.О. Доливо-Добровольский в 1889 г. предложил трехфазную систему переменного тока, построил первый трехфазный асинхронный двигатель и первый трехфазный трансформатор. На электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне в 1891 г. Доливо-Добровольский демонстрировал опытную высоковольтную электропередачу трехфазного тока протяженностью 175 км; трехфазный генератор имел мощность 230 КВт при напряжении 95 В.
В дальнейшем начали применять масляные трансформаторы, так как было установлено, что масло является не только хорошей изоляцией, но и хорошей охлаждающей средой для трансформаторов.
1 основные понятия об асинхронном двигателеАсинхронный двигатель трехфазного тока представляет собой электрическую машину, служащую для преобразования электрической энергии трехфазного тока в механическую. Благодаря простоте устройства, высокой надежности и эксплуатации и меньшей стоимостью по сравнению с другими двигателями асинхронные двигатели трехфазного тока нашли широкое применение в промышленности и сельском хозяйстве. С их помощью приводятся в движение металлорежущие и деревообрабатывающие станки, подъемные краны, лебедки, лифты, эскалаторы, насосы, вентиляторы и другие механизмы.
Двигатель имеет две основные части: неподвижную – статор и вращающуюся – ротор. Статор состоит из корпуса, представляющего собой основание всего двигателя. Он должен обладать достаточной механической прочностью и выполняется из стали, чугуна и алюминия. С помощью лап двигатель крепится к фундаменту или непосредственно к станине производственного механизма. Существуют и другие способы крепления двигателя к производственному механизму.
В корпус вмонтирован сердечник статора, представляющий собой полый цилиндр, на внутренней поверхности которого имеются пазы с обмоткой статора. Часть обмотки, находящейся вне пазов, называется лобовой; она отогнута к торцам сердечника статора. Так как в сердечнике статора действует переменный магнитный поток и на статор действует момент, развиваемый двигателем, сердечник должен изготовляться из ферромагнитного материала достаточной механической прочности. Для уменьшения потерь от вихревых токов сердечник статора собирают из отдельных листов (толщиной 0,35 – 0,5 мм) электротехнической стали и каждый лист изолируют лаком или другим изоляционным материалом.
Обмотка статора выполняется в основном из изолированного медного провода круглого или прямоугольного сечения, реже – из алюминиевого провода. В качестве изоляции проводов друг от друга используют бумагу и хлопчатобумажную ткань, пропитанные различными лаками, слюда, стекловолокно и различные эмали. Для изоляции проводов обмотки от сердечника статора служат электроизоляционный картон, слюда, асбест, стекловолокно.
Обмотка статора состоит из трех отдельных частей, называемых фазами. Фазы могут быть соединены между собой звездой или треугольником. Как правило, начала обмоток на схемах обозначаются буквами А, В, С, концы – X, Y, Z. Обмотки двигателей малой и средней мощности изготовляют на напряжения 380/220 и 220/127 В. Напряжение, указанное в числителе, соответствует соединению обмоток звездой, в знаменателе – треугольником. Таким образом, один и тот же двигатель при соответствующей схеме соединения его обмоток может быть включен в сеть на любое указанное в паспорте напряжение. Существуют двигатели на 500, 660 и 1140 В. Двигатели высокого напряжения изготовляют на напряжения 3000 и 6000 В.
На корпусе двигателя имеется доска с зажимами, с помощью которых обмотка присоединяется к трехфазной сети. К каждому зажиму подключен соответствующий вывод обмотки. Для зажимов приняты следующие обозначения: зажимы, к которым подключены начала обмоток, обозначают буквами С1, С2 и С3, концы обмоток – соответственно С4, С5 и С6.
Сердечник ротора представляет собой цилиндр, собранный из отдельных листов электротехнической стали, в котором имеются пазы с обмоткой ротора.
Обмотки ротора бывают двух видов – короткозамкнутые и фазные. Соответственно этому различают асинхронные двигатели с короткозамкнутым и фазным ротором (с контактными кольцами). Короткозамкнутая обмотка состоит из стержней, расположенных в пазах, и замыкающих колец. Стержни присоединены к замыкающим кольцам, в результате чего обмотка оказывается короткозамкнутой. Стержни и замыкающие кольца в одних двигателях изготовляются из меди, в других из – алюминия, в третьих из бронзы и т.д. Алюминиевую обмотку получают путем заливки в пазы жидкого алюминия [1].
Фазную обмотку ротора выполняют так же, как и обмотку статора. Она всегда соединяется звездой. Начала фаз обмоток присоединяют к контактным кольцам, которые изготавливают из стали или латуни и располагают на валу двигателя. Кольца изолированы друг от друга, а также от вала двигателя. К кольцам прижимаются пружинами металлографитные щетки, расположенные в неподвижных щеткодержателях. С помощью контактных колец и щеток в цепь ротора включается дополнительный резистор, который является или пусковым (для увеличения пускового момента и одновременного уменьшения пускового тока) или регулировочным (для изменения частоты вращения ротора двигателя).
Вал ротора изготовлен из стали и вращается в шариковых или роликовых подшипниках. Подшипники укреплены в подшипниковых щитах, которые изготовлены из чугуна или стали и прикрепляются к корпусу болтами.
Тепловая энергия, возникающая в двигателе в результате потерь электрической энергии в его обмотках и магнитопроводе, нагревает двигатель. Для увеличения теплоотдачи ротор снабжен крыльчаткой, прикрепленной к замыкающим кольцам короткозамкнутой обмотки. Крыльчатка обеспечивает интенсивное движение воздуха внутри и снаружи двигателя.
2 Принцип действия асинхронных двигателейРассмотрение принципа действия асинхронного двигателя можно разделить на два этапа: первый этап – создание обмоткой статора вращающегося магнитного поля, второй этап – взаимодействие вращающегося магнитного поля с обмоткой ротора. Магнитное поле асинхронного двигателя Симметричная трехфазная обмотка статора подключена к трехфазному источнику. При этом фазные токи симметричны, т.е. одинаковы по величине и отличаются по фазе на 1/3 часть периода. Временная диаграмма фазных токов показана на рис. 1. Обмотка статора с симметричным трехфазным током создает магнитное поле, распределенное в магнитной цепи асинхронного двигателя. Для анализа характера магнитного поля рассмотрим распределение его силовых линий в разные моменты времени, обозначенные на рис. t1, t2, t3, t4 через равные промежутки ∆t=T/3.

Читайте также: