Исследование асинхронного двигателя с к з ротором реферат
Обновлено: 02.07.2024
Ц е л ь р а б о т ы – ознакомиться с конструкцией асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, его пуском в ход; изучить методику определения скольжения; снять рабочие характеристики двигателя [ 1, с. 29 – 32, с. 462 – 466; 2, с. 358 – 367, с. 566 – 568, с. 533].
Основные теоретические положения
Наиболее широкое применение в качестве привода в современных электрических установках имеет асинхронная машина (АМ) переменного тока. Она является обратимой и используется как преобразователь электрической энергии в механическую и наоборот, а также в качестве преобразователя частоты. Наибольшее применение имеют асинхронные двигатели (АД). Основными элементами АМ являются статор и ротор. Обмотка статора выполняется трех –, двух – и однофазной в зависимости от типа машины.
В трехфазной машине фазные обмотки укладываются со сдвигом на 120 о в пространстве, и при питании симметричным трехфазным напряжением они создают вращающееся магнитное поле.
Частота вращения поля статора (синхронная) где –частота тока сети; –число пар полюсов машины.
При =50 Гц имеем ряд синхронных частот вращения (табл. 3).
Таблица 3
Соотношение между числом пар полюсов и синхронной частотой вращения поля
Принцип действия АД заключается в следующем: при включении обмотки статора АД в трехфазную сеть создается вращающееся магнитное поле, индуктирующее в обмотке ротора ЭДС, под действием которой в замкнутом контуре обмотки ротора начнут протекать токи; последние, взаимодействуя с магнитным полем, создают электромагнитный момент, приводящий ротор во вращение вслед за вращением поля.
Ротор может достигнуть синхронной частоты вращения, так как в этом случае отсутствовало бы пересечение обмотки статора с линиями поля, исчезли бы ЭДС, токи ротора и электромагнитный момент. Частота вращения ротора .
Следовательно, вращение АД возможно только при , т.е. при синхронном вращении ротора. ЭДС вращающего относится к ЭДС неподвижного ротора
, отсюда и , где – частота ЭДС и
Величина называется скольжением ротора относительно вращающего поля и характеризует степень отстаивания ротора от вращающегося поля статора. Скольжение АД может меняться в пределах от 0 до 1 (100%). При =0 режим называется идеальным холостым ходом машины, а при =1 – режимом короткого замыкания. Короткое замыкание может быть получено при подаче пониженного напряжения на статорную обмотку и заторможенном роторе .
Скольжение, соответствующее номинальной нагрузке двигателя, называется номинальным. Для двигателя нормального исполнения мощностью от 1 до
1000 кВт номинальное скольжение составляет (0,02 – 0,07). На щитке двигателя указывает номинальная частота вращения ротора. Эта величина дает возможность определить синхронную частоту вращения, номинальное скольжение , а также число полюсов обмотки статора . На щитке двигателя указывается также номинальное напряжение и способ соединения обмоток статора. Этими данными необходимо воспользоваться при сборке схемы двигателя.
АМ работает в режиме двигателя при . Реже используется генераторный режим (скольжение находится в пределах от 0 до – ). Третий возможный режим АМ – электромагнитный тормоз (скольжение измеряется от 1 до + ). Двигательный режим АМ применяется наиболее часто.
АД конструктивно выполняются в двух вариантах: с короткозамкнутым (рис.11) и фазным ротором (рис. 14).
Электромагнитный момент АД создается взаимодействием тока в обмотке ротора с вращающимся магнитным полем , где – машинная постоянная; – магнитный поток; – ток ротора; – угол между и . Он пропорционален электромагнитной мощности и в конечном итоге может быть рассчитан по следующей формуле:
где – число фаз статора; – число пар полюсов обмотки статора; –
напряжение сети, В; – соответственно активное сопротивление статора и приведенное сопротивление ротора, Ом; – реактивное сопротивления статора и ротора, Ом.
Зависимость называется механической характеристикой двигателя
и имеет вид, приведенный на рис. 8.
На этой характеристике можно указать соответствующее определенному режиму двигателя точки: 0 – идеальный холостой ход двигателя, достигается при вращении ротора вспомогательным двигателем с частотой вращения ; С – номинальный; А – критический момент (момент опрокидывания) двигателя. При этом скольжение называется критическим, а двигатель развивает максимальный момент. Малейшее увеличение нагрузки на валу двигателя выше критической приводит к режиму короткого замыкания и переходу по характеристике к точке В . Точка В – момент пуска двигателя. Отношение максимального момента к номинальному называется перегрузочной
способностью и для двигателя общего применения лежит в пределах
Анализ механической характеристики показывает, что устойчивая работа АД возможна при скольжении .
Электромагнитный момент двигателя пропорционален квадрату приложенного напряжения к статору . В то время величина критического скольжения не зависит от напряжения . Это дает возможность построить
характеристики для различных значений напряжения (рис. 9), из которых следует, что колебание напряжения сети сопровождается не только изменением момента, но и изменением частоты вращения ротора, так как изменяется и величина скольжения. При заметном уменьшении напряжения
(до 30%) момент двигателя уменьшается более чем вдвое. Это приводит к тому, что двигатель не в состоянии работать при номинальной нагрузке на валу.
Свойства АД характеризуются его рабочими характеристиками (рис. 10) , ,
, , , при , которые снимаются при условии, что
и могут быть получены расчетным и опытным путем. В лабораторных условиях они снимаются на установке, где двигатель нагружают с помощью нагрузочного генератора. Для двигателей средней и большой мощности рабочие характеристики можно построить по круговой диаграмме.
При снятии рабочих характеристик необходимо измерить частоту вращения ротора. Существует несколько методов измерения :
1) с использованием тахометра;
2) с использованием тахогенераторов;
3) измерением скольжения . Последний способ позволяет с высокой
точностью определить по формуле: .
Для определения скольжения используют различные способы.
Стробоскопический метод, примененный в данной работе, заключается в том, что в ходе эксперимента измеряется частота скольжения . На валу двигателя укрепляется диск, разделенный на одинаковые темные и светлые секторы. При этом число темных секторов должно быть равно числу полюсов. Если этот вращающийся диск осветить неоновой лампой, получающей питание от той же сети переменного тока, что и двигатель, то будет наблюдаться вращение диска с частотой , равной отставанию ротора от магнитного поля статора. Причиной такого явления можно считать то, что газосветная лампа мерцает с частотой сети, вспыхивая каждый раз при переходе напряжения через максимум, т.е. 100 раз в секунду. Если двигатель четырехполюсный , то частота вращения поля статора
За 1/100 секунды двигатель делает оборота. Если бы ротор вращался с частотой вращения , то в период вспышки лампы темные секторы замещались бы один другим и мнимое изображение казалось бы неподвижным. Однако ротор не успевает за 1/100 секунды повернуться на ¼ оборота. Таким образом, будет казаться, что изображение секторов вращается в обратную сторону с частотой вращения . Подсчитав за некоторый промежуток времени число оборотов какого – либо сектора, можно определить
Скольжение и частоту вращения ротора двигателя .
Экспериментальная часть
1) Собрать схему двигателя, подбирая приборы для измерения по паспортным данным машины (рис. 11).
2) После проверки преподавателем схемы осуществить пуск двигателя и проверить работоспособность схемы.
Механические характеристики асинхронного двигателя (АД).
Устройство а синхронной машины.
студента __2___ курса
(группа АВЭЭ - /06/3,5 )
Ваховского Владимира Александровича
проф., докт. техн. наук А.И. Ракаев
Механические характеристики асинхронного двигателя (АД).
2. Асинхронные машины.
3. Уравнение механической характеристики асинхронного двигателя.
4. Линеаризация механической характеристики асинхронного двигателя.
5. Механические характеристики асинхронных двигателей при симметричных режимах
6. Тормозные режимы асинхронных двигателей
7. Технические реализации. Применения
8. Устройство а синхронной машины.
9. Принцип действия Асинхронные машины.
10 . Список литературы
Механические характеристики асинхронного двигателя (АД).
Электроприводы переменного тока широко применяются в промышленности, транспорте, строительной индустрии и других отраслях народного хозяйства. Их преимущественное распространение обусловлено: высокой надежностью машины переменного тока из-за отсутствия коллектора, простотой управления нерегулируемыми приводами, поскольку большинство из них непосредственно включается в сеть, низкой стоимостью электрических машин и простыми требованиями к их обслуживанию и правилами эксплуатации.
В зависимости от типа используемого двигателя различают не только приводы переменного и постоянного тока, но и асинхронные, синхронные, шаговые и другие разновидности приводов. Однако не следует думать, что приводы переменного тока везде и всюду могут применяться вместо приводов постоянного тока. Для каждого вида привода имеются сложившиеся области перспективного использования. Причем трудно однозначно и определенно перечислить наперед все факторы, которые определяют выбор рода тока для привода. Наряду с традиционными приводами, построенными на базе асинхронных и синхронных машин, в последние десятилетия применяют приводы переменного тока с универсальными и шаговыми двигателями, двигателями двойного питания и с электромагнитной редукцией скорости.
2. Асинхронные машины.
Принцип действия асинхронной машины в самом общем виде состоит в следующем: один из элементов машины - статор используется для создания движущегося с определенной скоростью магнитного поля, а в замкнутых проводящих пассивных контурах другого элемента-ротора наводятся ЭДС, вызывающие протекание токов и образование сил (моментов) при их взаимодействии с магнитным полем. Все эти явления имеют место при несинхронном-асинхронном движении ротора относительно поля, что и дало машинам такого типа название - асинхронные.
Несмотря на простоту физических явлений и материализующих их конструктивов, полное математическое описание процессов в асинхронной машине весьма сложно:
во-первых, все напряжения, токи, потокосцепления -переменные, т.е. характеризуются частотой, амплитудой, фазой или соответствующими векторными величинами;
во-вторых, взаимодействуют движущиеся контуры, взаимное расположение которых изменяется в пространстве;
в-третьих, магнитный поток нелинейно связан с намагничивающим током (проявляется насыщение магнитной цепи), активные сопротивления роторной цепи зависят от частоты (эффект вытеснения тока), сопротивления всех цепей зависят от температуры и т.п.
Рассмотрим самую простую модель асинхронной машины, пригодную для объяснения основных явлений в асинхронном электроприводе.
Механические характеристики двигателя полностью определяют качество работы электромеханической системы в установившемся режиме и ее производительность. Они также влияют и на динамические режимы электропривода, характеризуя избыточный динамический момент, определяющий ускорение или замедление двигателя
3. Уравнение механической характеристики асинхронного двигателя
В современной практике проектирования используются программы, учитывающие при расчете механических характеристик намагничивание магнитной системы машины Но при этом теряется наглядность в их исследовании. Поэтому все дальнейшие зависимости будут найдены при выполнении этого основного допущения.
Подведенная к двигателю из сети электрическая мощность расходуется на покрытие потерь в контуре намагничивания p μ , в меди статора p M 1 , и остаток ее преобразуется в электромагнитную мощность. Таким образом,
где ω 0 = 2π f 1 / p - число пар полюсов статора машины.
После незначительных преобразований, найдем
Следовательно, зависимость M = f ( s ) является сложной функцией от скольжения. Исследуем ее на экстремум, взяв производную
Приравняв числитель выражения (4-15) нулю, найдем значение критического скольжения s K , при котором зависимость М = f ( s ) имеет максимум:
Физически уменьшение М при s s K и s > s K объясняется следующим. При s s K уменьшение скольжения сопряжено с уменьшением тока и момента двигателя, а при s > s K , хотя и происходит увеличение тока двигателя, но его активная составляющая, обусловливающая электромагнитный момент, не растет, а уменьшается, что также приводит к уменьшению момента, развиваемого двигателем.
Положительный знак s K соответствует двигательному, а отрицательный - генераторному режиму работы машины.
Следует иметь в виду, что, как у машины постоянного тока, относительная величина r 1 уменьшается при увеличении мощности машин и уже для двигателей мощностью 100 кВт составляет 10-15% величины x 1 + x 2 '. Поэтому формулу (4-16) можно использовать в упрощенной форме, пренебрегая r 1
где x К.З - индуктивное приведенное сопротивление короткого замыкания.
Этого нельзя делать для машин средней и особенно малой мощности, у которых сопротивление r 1 соизмеримо с x К.З .
Используя формулы (4-14) и (4-16), можно получить иную запись механической характеристики асинхронного двигателя, если найти значения его критических моментов в двигательном М К.Д и генераторном М К.Г режимах работы:
Отношение критических моментов
Здесь принято часто используемое обозначение:
Формула (4-19) показывает, что значение критического момента машины в генераторном режиме может быть существенно больше, чем в двигательном режиме (см. рис. 4-8).
Для практического использования удобнее иное, чем в формуле (4-14), выражение механической характеристики асинхронного двигателя. Найдем его, используя формулы (4-14), (4-17) и (4-20):
Если пренебречь влиянием активного сопротивления статора, то ε = 0, и формула (4-21) приобретает такой вид (при М К.Д = М К.Г = М К ):
Впервые выражение (4-22) получил М. Kloss [18], поэтому его называют формулой Клосса.
Формулы (4-21) или (4-22) удобнее для расчетов, чем (4-14), поскольку они не требуют знания параметров двигателя. В этом случае все расчеты производятся по данным каталога. Ввиду того, что значение s K в каталогах не указано, его приходится определять на основе других сведений, например, величины перегрузочной способности машины М К / М НОМ = λ М . Тогда из формулы (4-21) получим:
откуда, решая квадратное уравнение, найдем
где γ = λ М + (1 - λ М )ε.
В выражении (4-24) следует брать перед корнем знак плюс, поскольку другое значение s K противоречит физическому смыслу.
Приближенное решение уравнения (4-24) можно получить при коэффициенте ε = 0, но лучше определить его значение. Наиболее достоверные результаты будут получены, если, располагая параметрами машины, величину ε определять из формулы (4-20), a s K - из выражения (4-16). Для асинхронных двигателей с фазным ротором выражения (4-14) и (4-21) дают более достоверные результаты, так как в этих машинах менее заметны влияния насыщения стали и вытеснения тока в обмотках ротора (скинэффект).
Похожие страницы:
Расчет механических характеристик асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором
. . 3) Произвести расчет механической характеристики асинхронного двигателя в режиме динамического торможения. 4) Построить механические характеристики исполнительного механизма и асинхронного двигателя в двигательном и тормозном .
Трехфазный асинхронный двигатель
. механическую характеристику асинхронного двигателя. Рисунок 2. График механических характеристик асинхронного двигателя (зависимость момента М от скольжения S Заключение Диапазон рабочих характеристик асинхронного двигателя соответствует .
Исследование асинхронного двигателя с фазным ротором
. , опытному и расчетному методам определения рабочих и механических характеристик асинхронного двигателя с фазным ротором, а также по оценке .
Построение механических характеристик асинхронного двигателя
. двигателя построить естественную и искусственную характеристики Решение: Для асинхронного двигателя с фазным ротором естественная характеристика . Ом. Рис 1. Механические характеристики , S =. М S Вопрос №2 Для двигателя постоянного тока параллельного .
Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
. . Экспериментально определить механическую характеристику n(M), зависимость механического момента на валу двигателя от скольжения M(S), рабочие характеристики асинхронного двигателя n(P2 .
- 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.
Устройство трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором представлено на рисунке 4.1.
Асинхронный двигатель состоит из двух основных частей, разделенных воздушным зазором: неподвижного статора и вращающегося ротора. Каждая из этих частей имеет сердечник и обмотку. При этом обмотка статора включается в сеть и является первичной, а обмотка ротора — вторичной.
Рисунок 4.1 - Устройство трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
Неподвижная часть двигателя — статор — состоит из корпуса 11 и сердечника 10 с трехфазной обмоткой. Корпус двигателя отливают из алюминиевого сплава или из чугуна, либо делают сварным.
Рассматриваемый двигатель имеет закрытое обдуваемое исполнение. Поэтому поверхность его корпуса имеет ряд продольных ребер, назначение которых состоит в том, чтобы увеличить поверхность охлаждения двигателя.
В корпусе расположен сердечник статора 10, имеющий шихтованную конструкцию (отштампованные листы из электротехнической стали толщиной обычно 0,5 мм покрыты слоем изоляционного лака). Сердечник статора собран в пакет и скреплен специальными скобами или продольными сварными швами по наружной поверхности пакета. Такая конструкция сердечника способствует значительному уменьшению вихревых токов, возникающих в процессе перемагничивания сердечника вращающимся магнитным полем. На внутренней поверхности сердечника статора имеются продольные пазы, в которых расположены пазовые части обмотки статора. Лобовые части находятся за пределами сердечника по его торцовым сторонам.
Концы обмоток фаз выводят на зажимы коробки выводов 4. Обычно асинхронные двигатели предназначены для включения в трехфазную сеть на два разных напряжения, отличающиеся в - раз. Например, двигатель рассчитан для включения в сеть на напряжения 380/220В. Если в сети линейное напряжение 380В, то обмотку статора следует соединить звездой, а если 220В, то треугольником. В обоих случаях напряжение на обмотке каждой фазы будет 220В. Выводы обмоток фаз располагают в коробке выводов таким образом, чтобы соединения обмоток фаз было удобно выполнять посредством перемычек, без перекрещивания последних. В некоторых двигателях небольшой мощности в коробке выводов имеется лишь три зажима. В этом случае двигатель может быть включен в сеть на одно напряжение (соединение обмотки статора такого двигателя звездой или треугольником выполнено внутри двигателя).
Монтаж двигателя в месте его установки осуществляется либо посредством лап 12, либо посредством фланца. В последнем случае на подшипниковом щите (обычно со стороны выступающего конца вала) делают фланец с отверстиями для крепления двигателя на рабочей машине. Для предохранения обслуживающего персонала от возможного поражения электрическим током двигатели снабжаются болтами заземления (не менее двух).
При питании обмотки статора асинхронной машины трехфазным током в магнитопроводе создается вращающееся магнитное поле. На замкнутые накоротко проводники ротора действуют электромагнитные силы. Суммарное усилие, приложенное ко всем проводникам ротора, образует электромагнитный момент, увлекающий ротор вслед за вращающимся полем. Если этот момент достаточно велик, то ротор приходит во вращение. Такой режим работы асинхронной машины называется двигательным.
Если ротор асинхронной машины разогнать с помощью внешнего момента до частоты вращения больше чем частота вращения магнитного поля, то изменится направление ЭДС в проводниках ротора и направление активной составляющей тока ротора, то есть машина перейдет в генераторный режим. При этом изменит свое направление и электромагнитный момент, который станет тормозящим.
Характерной особенностью асинхронной машины является наличие скольжения, то есть неравенства частоты вращения ротора и магнитного поля статора. По этой причине машину называют асинхронной.
Существует два метода получения данных для построения рабочих характеристик асинхронных двигателей: метод непосредственной нагрузки и косвенный метод. Метод непосредственной нагрузки заключается в опытном исследовании двигателя в диапазоне нагрузок от холостого хода до режима номинальной нагрузки с измерением необходимых параметров. Этот метод обычно применяется для двигателей мощностью не более 10—15 кВт.
С ростом мощности двигателя усложняется задача его нагрузки, растут непроизводительный расход электроэнергии и загрузка электросети. Применение этого метода ограничивается еще и тем, что не всегда представляется возможным создать испытательную установку по причине отсутствия требуемого оборудования и недопустимости перегрузки электросети.
Широкое применение получил более универсальный косвенный метод, применение которого не ограничивается мощностью двигателя. Этот метод заключается в выполнении двух экспериментов: опыта холостого хода и опыта короткого замыкания.
Опыты холостого хода и короткого замыкания асинхронных двигателей в основном аналогичны таким же опытам трансформаторов. Но они имеют и некоторые особенности, обусловленные главным образом наличием у двигателя вращающейся части — ротора. Кроме того, при переходе из режима холостого хода в режим короткого замыкания параметры обмоток двигателя (активные и индуктивные сопротивления) не остаются неизменными, что объясняется зубчатой поверхностью статора и ротора. Все это создает некоторые затруднения в проведении опытов и в последующей обработке их результатов.
4.2.2 Опыт холостого хода
Данный опыт даёт возможность изучить свойства магнитной цепи машины, определить возникающие при холостом ходе потери и чисто механические свойства асинхронного двигателя при питании от источника регулируемого напряжения номинальной частоты. Асинхронный двигатель потребляет мощность, которая расходуется в основном на покрытие потерь в стали и механических потерь.
Известно, что намагничивающий ток берётся из сети. Для получения характеристики холостого хода производят несколько измерений при n=const, f=constи U1=var. Напряжение может снижаться до одной трети Uном без нарушения устойчивой работы асинхронного двигателя. Дальнейшее снижение ведёт к некоторым затруднениям и в большинстве случаев не даёт интересных результатов. При проведении опытов следует всегда повышать напряжение сверх номинального, чтобы проследить за характером изменения потерь в стали и намагничивающей силы при увеличении магнитного потока.
Наиболее важной частью характеристики холостого хода является кривая насыщения, называемая также кривой намагничивания или кривой холостого хода. Она показывает зависимость между током намагничивания (I0) и Э.Д.С. (Е0), при этом последняя почти всегда приравнивается к напряжению U0 на зажимах АД при холостом ходе, так как падением напряжения на внутреннем активном и индуктивном сопротивлениях за счёт малой величины тока холостого хода можно пренебречь. При cos холостого хода в пределах от 0,01 до 0,15 намагничивающий ток будет равен току холостого хода, при этом ошибка не превышает 1%.
Для всех электрических машин с воздушным зазором кривая насыщения имеет характерную форму. Вначале, с увеличением тока возбуждения (тока холостого хода), напряжение растёт прямолинейно, затем рост его замедляется и практически приближается к предельному значению. В этом состоянии наступает насыщение. Так как для полного использования свойств стали ЭДС двигателя Е0 и поток Ф должны по возможности иметь высокие значения, а с другой стороны необходимо избегать слишком больших потерь энергии на возбуждение. Знание кривой намагничивания для оценки этого соотношения очень важно, особенно для новых образцов.
Для полной оценки асинхронного двигателя необходимо знание потерь холостого хода, то есть механических потерь (Pмех) и потерь в стали (Pст). Они определяются на холостом ходу мощностью (Р0) за вычетом потерь в обмотке статора (PЭл1). Так как (PЭл1) очень малы, ввиду малости I0, (незначительная доля по сравнению с Pмех и Pст) – ими пренебрегают, и потери холостого хода можно приравнять к (Р0).
Питание асинхронного двигателя при опыте холостого хода (рисунок 4.2.) осуществляется через Инвертор напряжения, позволяющий изменять напряжение и частоту в широких пределах. При этом вал двигателя должен быть свободным от механической нагрузки.
Рисунок 4.2 - Исследование асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
Опыт начинают с напряжения питания , затем постепенно понижают напряжение до так, чтобы снять показания приборов в 5—7 точках. При этом один из замеров должен соответствовать номинальному напряжению Uном.
Измеряют линейные значения напряжений и токов, а затем (в зависимости от схемы соединения обмотки статора) определяют фазные значения напряжения и тока холостого хода:
при соединении в звезду:
при соединении в треугольник:
Активная мощность Р0 измеряется в опыте холостого хода ваттметром и включает в себя электрические потери в обмотке статора:
Здесь r1 — активное сопротивление фазы обмотки статора (Ом), измеренное непосредственно после отключения двигателя от сети, чтобы обмотка не успела охладиться.
магнитные потери в сердечнике статора Рст и механические потери Рмех :
Сумма магнитных и механических потерь двигателя:
Коэффициент мощности для режима холостого хода:
(4.6)
Рисунок 4.3 - Характеристики холостого хода трехфазного асинхронного двигателя (3,0 кВт, 220/380 В, 1430 об/мин)
По результатам измерений и вычислений строят характеристики холостого хода I0, Р0, , cosφ0=f(U1), на которых отмечают значения величин I0ном, Р0ном, (Рст + Pмех.ном) иcosφном, соответствующих номинальному напряжению U1ном.
Если график (Рст + Pмех)=f(U1) продолжить до пересечения с осью ординат (U1=0), то получим величину потерь Рмех.
Это разделение магнитных и механических потерь основано на том, что при неизменной частоте сети f1 частота вращения ротора двигателя в режиме холостого хода n0, а следовательно, и механические потери Рмех неизменны. В то же время магнитный поток Ф прямо пропорционален ЭДС статора Е1.
Для режима холостого хода U1=E1, а поэтому при U1=0 и магнитный поток Ф=0, а следовательно, и магнитные потери Рст=0. Определив величину механических потерь Рмех, можно вычислить магнитные потери Pст:
Согласно ГОСТ 7217-79 перед проведением опытов необходимо провести обкатку асинхронного двигателя для прогрева подшипников:
для АД до 11 кВт 15 минут,
от 11 кВт до 110 кВт 30 минут,
свыше 110 кВт 75 минут.
4.2.3 Опыт короткого замыкания
Опыт короткого замыкания проводится по такой же схеме, как и в опыте холостого хода (рисунок 4.2), но при этом измерительные приборы должны быть выбраны в соответствии с пределами измерения тока, напряжения и мощности. Ротор двигателя следует жестко закрепить. Предельное значение тока статора при опыте короткого замыкания устанавливают исходя из допустимой токовой нагрузки питающей сети и возможности провести опыт в минимальный срок, чтобы не вызвать опасного перегрева двигателя. Для двигателей мощностью до 1 кВт возможно проведение опыта начиная с номинального напряжения . В этом случае предельный ток . При выполнении опыта короткого замыкания желательно соединение обмотки статора звездой.
Определив диапазон изменения тока статора при опыте короткого замыкания, опыт начинают с предельного значения этого тока, установив соответствующее напряжение короткого замыкания Uк. Затем постепенно снижают это напряжение до значения, при котором ток достигнет нижнего предела установленного диапазона его значений. При этом снимают показания приборов для 5—7 точек, одна из которых должна соответствовать номинальному току статора ( ).
Продолжительность опыта должна быть минимально возможной. После снятия последних показаний приборов двигатель следует отключить и сразу же произвести замер активного сопротивления фазы обмотки статора r1 / , чтобы определить температуру обмотки. В зависимости от схемы соединения обмотки статора, линейные напряжения и токи пересчитывают на фазные Uк и Iк по формулам, аналогичным (4.1) и (4.2).
Активную мощность короткого замыкания Рк измеряют ваттметром. По полученным значениям напряжений Uк, токов Iк и мощностей Рквычисляют следующие параметры:
коэффициент мощности при коротком замыкании:
полное сопротивление короткого замыкания:
активные и индуктивные составляющие этого сопротивления:
, Ом; (4.10)
При опыте короткого замыкания обмотки двигателя быстро нагреваются до рабочей температуры, так как при неподвижном роторе двигатель не вентилируется. Температуру обмотки статора Т1 обычно определяют по сопротивлению фазы r1 / , измеренному непосредственно после проведения опыта, по формуле:
где r1.20 — сопротивление фазы обмотки статора в холодном состоянии (обычно при температуре 20°С), Ом.
Если же температура обмотки оказалась меньше расчетной рабочей температуры Т2 для соответствующего класса нагревостойкости изоляции двигателя, то активное сопротивление короткого замыкания rк пересчитывают на рабочую температуру:
где rк / — активное сопротивление короткого замыкания при температуре Т1, отличающейся от расчетной рабочей; α=0,004.
Затем пересчитывают на рабочую температуру параметры асинхронного двигателя:
ток короткого замыкания:
мощность короткого замыкания:
На характеристиках короткого замыкания (рисунок 4.4) отмечают значения величин РКном и UКном, соответствующих току короткого замыкания
Таблица 4.1 - Обязательный отсчёт напряжения при опыте короткого замыкания
Номинальное фазное напряжение U1ном, В | 127 | 220 | 380 | 500 | 3000 | 6000 |
Фазное напряжение короткого замыкания UК.ном, В | 33 | 58 | 100 | 130 | 800 | 1600 |
Опыт, проведённый при пониженном напряжении, относительно номинального, требует введения поправки на насыщение (ГОСТ7217-79). Эта поправка состоит в том, что выше наибольшего значения, при опыте короткого замыкания, ток предполагается возрастающим по касательной к кривой, изображающей его зависимость от напряжения.
Рисунок 4.4 - Характеристики короткого замыкания трехфазного асинхронного двигателя (3,0 кВт, 220/380 В, 1430 об/мин)
Для определения UК.ном нужно построить график по данным таблицы 4.1.
Ток и мощность короткого замыкания пересчитывают на номинальное напряжение U 1 ном по формулам :
Следует иметь в виду, что такой пересчет является приближенным, так как при UК=U1ном наступает магнитное насыщение сердечника (особенно зубцовых слоев) статора и ротора. Это приводит к уменьшению индуктивного сопротивления Хк, что не учитывается формулами (4.16) и (4.17).
Кратность пускового тока равна:
Электромагнитная мощность в режиме короткого замыкания, передаваемая на ротор двигателя, равна электрическим потерям в обмотке ротора Рэ2к, поэтому электромагнитный момент при опыте короткого замыкания определяется по формуле:
где электрические потери в обмотке статора при опыте короткого замыкания:
Магнитные потери при опыте короткого замыкания Рстк приближенно определяют по характеристикам холостого хода (рисунок 4.1) при напряжении U1=Uк .
В режиме холостого хода магнитный поток Ф больше, чем в режиме короткого замыкания, но если в режиме холостого хода магнитные потери происходят только в сердечнике статора, то в режиме короткого замыкания (s=1) магнитные потери происходят еще и в сердечнике ротора, так как f2=f1.
Характеристика короткого замыкания воспроизводит начальные пусковые условия асинхронного двигателя и потому позволяет определить – начальный пусковой ток и начальный пусковой момент.
Начальный пусковой момент получают пересчетом момента МП при начальном пусковом токе IП:
Читайте также: