Реферат по асинхронным машинам

Обновлено: 06.07.2024

Магнитопровод или сердечник статора представляет собой полый цилиндр, собранный из отдельных колец (рис. 3.2.1), изготовленных из листов электротехнической стали путем наиболее технологичной операции — штамповки. Толщина одной пластины (кольца) обычно 0,5 мм, перед сборкой в пакет эти кольца электрически изолируют друг от друга оксидированием или лакировкой. При сборке магнитонровода… Читать ещё >

Устройство асинхронных машин ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

В устройстве асинхронной машин, так же как и в других электромеханических преобразователях — машинах синхронных, постоянного тока, выделяют две части: неподвижную — статор и вращающуюся — ротор.

Магнитопровод или сердечник статора представляет собой полый цилиндр, собранный из отдельных колец (рис. 3.2.1), изготовленных из листов электротехнической стали путем наиболее технологичной операции — штамповки. Толщина одной пластины (кольца) обычно 0,5 мм, перед сборкой в пакет эти кольца электрически изолируют друг от друга оксидированием или лакировкой.

При сборке магнитонровода (пакетировании) кольца, полученные штамповкой, ориентируют так, чтобы штампованные пазы образовывали каналы для укладки проводников обмотки. Собранный пакет колец статора запрессован в корпус — станину, который имеет соединительные элементы (лапы, торцовый фланец и т. д. ) для крепления к неподвижному жесткому основанию.

Обмотку статора выполняют в виде многовитковых катушек, имеющих, как правило, одинаковые размеры. Каждая фаза статорной обмотки состоит из нескольких последовательно включенных катушек. В качестве приме;

Рис. 3.2.1. Пакет штампованных листов статора

ра на рис. 3.2.2 изображены катушки простейшей трехфазной обмотки, создающей двухполюсное магнитное поле; каждая фаза образована тремя катушками, находящимися в соседних пазах.

Такая обмотка статора с несколькими катушками в каждой фазе обеспечивает распределение магнитной индукции, близкое к синусоидальному. Если бы форма торцовых (лобовых) частей катушек была такой, как на рис. 3.2.2, то ротор машины нельзя было бы вставить в статор. Поэтому лобовые части катушек отгибают, и они проходят вдоль торцовой поверхности пакета статорных колец (рис. 3.2.3).

Рис. 3.2.2. Трехфазная обмотка двухполюсного статора с тремя катушками в каждой фазе.

Рис. 3.2.3. Внешний вид статора со стороны лобовой части трехфазной обмотки.

Ротор асинхронной машины набирают из штампованных дисков, изготовленных также из листов электротехнической стали, которые запрессовывают на вал, входящий при сборке машины в боковые подшипниковые щиты.

По конструкции роторной обмотки асинхронные машины делятся на два основных тина: с короткозамкнутым и фазным ротором.

Обмотки короткозамкнутых роторов выполняются с использованием весьма технологичного и дешевого способа — литья. При заливке обмотки ротора одновременно отливаются стержни, лежащие в пазах, и короткозамыкающие кольца с размещенными на их торцах вентиляционными лопатками (рис. 3.2.4). Такой ротор называют короткозамкнутым (КЗ), а асинхронные двигатели — АД с КЗ ротором. Используются разные технологии.

Рис. 3.2.4. Конструкция (а) и условное графическое обозначение (б) ротора с короткозамкнутой обмоткой:

• 1 — замыкающие кольца; 2 — вентиляционные лопасти; 3 — вал; 4 — пакет ротора;
• 5 — стержни обмотки литья (например, литье под давлением). В качестве литейного материала чаще всего применяют алюминий или его сплавы. Изоляция алюминиевой обмотки ротора от железа (магнитонровода) при этом не выполняется.

Короткозамкнутые роторы крупных машин и специальных асинхронных машин с улучшенными пусковыми характеристиками выполняются сварными. Стержни ротора из меди или латуни привариваются к короткозамыкающим кольцам, имеющим отверстия, куда перед сваркой вставляются стержни обмотки.

Асинхронные машины с фазным ротором имеют па роторе обмотку, которая выполняется так же, как и обмотка статора. Трехфазная обмотка соединяется звездой, выводы ее присоединены к контактным кольцам (рис. 3.2.6), поэтому асинхронную машину с фазным ротором также называют асинхронной машиной с контактными кольцами.

Токосъемное устройство состоит из щеток и щеткодержателей. Последние установлены на изолированной части пальца, металлический конец которого жестко крепится на приливе подшипникового щита.

Кольца с помощью щеток подключают к трехфазному реостату, предназначенному для улучшения пусковых характеристик или для регулирования частоты вращения ротора. В некоторых сложных электрических приводах к кольцам ротора подводят регулируемое напряжение от независимого.

Рис. 3.2.6. Внешний вид ротора (а) и условное графическое обозначение (б) асинхронного двигателя с контактными кольцами:

1 — обмотка; 2 — контактные кольца; 3 — ват источника питания, что также позволяет изменять по желанию частоту вращения ротора асинхронной машины. Обычно в рабочем режиме асинхронного двигателя кольца фазного ротора замыкают накоротко.

Наибольшее распространение получили двигатели с короткозамкнутым ротором, которые значительно дешевле в изготовлении и надежнее в эксплуатации. В настоящее время использование специальных серийных электронных преобразователей — устройств плавного пуска и преобразователей частоты — настолько расширяет функциональные возможности асинхронных двигателей с КЗ ротором, что сводит на нет возможные преимущества по управлению АД с фазным ротором.

Рассмотрим конструкцию АД с КЗ ротором двигателя серии 4А, общий вид которого представлен на рис. 3.2.7.

Короткозамкнутый ротор 5 напрессовывается на вал 2 и устанавливается в подшипниковых щитах 3 и 9 на подшипниках 1 и 11. Подшипниковые щиты 3 и 9 прикрепляются к торцам статора 6 с двух сторон. К свободному концу вала 2 присоединяется механическая нагрузка. На другом конце вала укрепляют вентилятор 10 (двигатель закрытого обдуваемого исполнения). Интенсивный отвод тепла, выделяемого в магнитонроводе и обмотках статора и ротора, обеспечивается вентилятором 10. Вентилятор закрыт кожухом 12, направляющим поток воздуха на станину с развитой поверхностью — ребрами 13. Перемешивание воздуха внутри АД обеспечивается лопатками, отлитыми на роторе, что улучшает теплоотдачу на корпус двигателя. Такая закрытая конструкция АД позволяет обеспечить интенсивный отвод тепла без организации потоков воздуха внутри двигателя. Двигатели закрытого исполнения лучше защищены от попадания грязи и ныли.

Рис. 3.2.7. Общий вид асинхронного двигателя внутрь машины и способны работать в более тяжелых условиях, чем машины открытого исполнения, где охлаждающий воздух проходит внутри машины в воздушном зазоре между ротором и статором или по специальным вентиляционным отверстиям. Для прикрепления двигателя к фундаменту или раме на корпусе выполнены лапы 14 с отверстиями.

Каждый электродвигатель снабжается техническим паспортом в виде приклепанной металлической таблички (шильдика), на которой приведены основные характеристики электрической машины.

Заводской номер дает возможность отличить электрическую машину среди однотипных.

Далее приведены цифры и символы, которые расшифровываются следующим образом:

Задание 3.2.1. При изготовлении асинхронных машин электрическая изоляция листов стали друг от друга необходима…

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 cosφ_{1 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.

* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.

"Рабочие характеристики асинхронного двигателя"

Асинхронная электрическая машина – это электрическая машина переменного тока, у которой частота вращения ротора не равна частоте вращения магнитного поля статора и зависит от нагрузки. Используется в основном как двигатель и как генератор. Статор имеет пазы, в которые укладывается одно- или многофазная (чаще трёхфазная) обмотка, подключаемая к сети переменного тока. Эта обмотка предназначена для создания подвижного магнитного поля, вращающегося кругового- у трёхфазных и пульсирующего или вращающегося эллиптического-у однофазных машин. Ротор – вращающаяся часть электрической машины, предназначен также для создания магнитного поля, которое, взаимодействуя с полем статора, ведёт к созданию электромагнитного вращающего момента, определяющего направление преобразования энергии. У генераторов этот момент носит тормозной характер, противодействуя вращающему моменту первичного двигателя, приводящего в движение ротор. У двигателей, наоборот, этот момент является движущим, преодолевающим сопротивление приводимого во вращение ротором механизма.

Асинхронный генератор-это асинхронная электрическая машина, работающая в генераторном режиме. Вспомогательный источник электрического тока небольшой мощности и тормозное устройство (в электроприводе).

Асинхронный электродвигатель – это асинхронная электрическая машина, работающая в двигательном режиме. Наиболее распространен трехфазный асинхронный электродвигатель (изобретен в 1889 М.О. Доливо-Добровольским). Асинхронные электродвигатели отличаются относительной простотой конструкции и надежностью в эксплуатации, однако имеют ограниченный диапазон частоты вращения и низкий коэффициент мощности при малых нагрузках. Мощность от долей Вт до десятков МВт.

1. Асинхронный двигатель

1.1 Частота вращения магнитного поля и ротора

Пусть n1 – частота вращения магнитного поля. Многофазная система переменного тока создаёт вращающееся магнитное поле, частота вращения которого в минуту n1=60f1/p, где f1 – частота тока, p – число пар полюсов, образуемых каждой фазой статорной обмотки.

n2 – частота вращения ротора. Если ротор вращается с частотой не равной частоте вращения магнитного поля (n2?n1), то такая частота называется асинхронной. В асинхронном двигателе рабочий процесс может протекать только при асинхронной частоте.

При работе частота вращения ротора всегда меньше частоты вращения поля.

Магнитное поле статора вращается в том же направлении, что и ротор и скользит относительно ротора с частотой ns= n1 – n2

Отставание ротора от вращающегося магнитного поля статора характеризуется скольжением S= ns / n1, => S =(n1 – n2) / n1

Если ротор неподвижен, то n2=0, S=(n1 – n2) / n1, => S = n1 / n1=1

Если ротор вращается синхронно с магнитным полем, то скольжение S= 0.

При холостом ходе, то есть при отсутствии нагрузки на валу двигателя скольжение ничтожно мало и его можно принять равным 0. Нагрузкой на валу ротора может служить, например резец токарного станка. Он создаёт тормозной момент. При равенстве вращающего и тормозного момента двигатель будет работать устойчиво. Если нагрузка на валу увеличилась, то тормозной момент станет больше вращающего и частота вращения ротора n2 уменьшится. Согласно формуле S =(n1 – n2) / n1 скольжение увеличится. Так как магнитное поле статора скользит относительно ротора с частотой ns= n1 – n2, то оно будет пересекать проводники ротора чаще, в них увеличится ток и двигательный вращающий момент, который вскоре станет равным тормозному. При уменьшении нагрузки, тормозной момент становится меньше вращающего, увеличивается n2 и уменьшается S. Уменьшается Э.Д.С и ток ротора и вращающий момент вновь равен тормозному. Магнитный поток в воздушном зазоре машины при любом изменении нагрузки остаётся примерно постоянным.

2. Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Рабочие характеристики асинхронного двигателя есть зависимость

n2 – частоты вращения ротора

М – развиваемого момента

От полезной мощности Р2 на валу машины.

Эти характеристики снимаются при естественных условиях. Частота тока f1 и напряжение U1 остаются постоянными. Изменяется только нагрузка на валу двигателя.

При увеличении нагрузки на валу двигателя S увеличивается. При холостом ходе двигателя n2?n1, и S?0. При номинальной нагрузке скольжение обычно составляет от 3 до 5%.

При увеличении нагрузки на валу двигателя частота вращения n2 уменьшается. Однако, изменение частоты вращения при увеличении нагрузки от 0 до номинальной очень незначительны и не превышают 5%. Поэтому, скоростная характеристика асинхронного двигателя является жёсткой. Кривая имеет очень малый наклон к горизонтальной оси.

Вращающий момент М, развиваемый двигателем, уравновешен тормозным моментом на валу Мт и моментом М0, идущим на преодоление механических потерь, то есть М= Мт + М0 =Р2/?2+ М0, где Р2 – полезная мощность двигателя, ?2-угловая скорость ротора. При холостом ходе М= М0. С увеличением нагрузки вращающий момент также увеличивается, причём за счёт некоторого уменьшения частоты вращения ротора увеличение вращающего момента происходит быстрее, чем полезной мощности на валу.

Ток I1, потребляемый двигателем из сети неравномерно изменяется с увеличением нагрузки на валу двигателя. При холостом ходе СОS?-коэффициента мощности – мал. И ток имеет большую реактивную составляющую. При малых нагрузках на валу двигателя активная составляющая тока статора меньше реактивной составляющей, поэтому активная составляющая тока незначительно влияет на ток I1. При больших нагрузках активная составляющая тока статора становится больше реактивной и изменение нагрузки вызывает значительное изменение тока I1.

Графическая зависимость потребляемой двигателем мощности Р1 изображается почти прямой линией, незначительно отклоняющейся вверх при больших нагрузках, что объясняется увеличением потерь в обмотках статора и ротора с возрастанием нагрузки.

Зависимость СОS?-коэффициента мощности – от нагрузки на валу двигателя следующая. При холостом ходе СОS? мал, порядка 0,2. Так как активная составляющая тока статора, обусловленная потерями мощности в машине, мала по сравнению с реактивной составляющей этого тока, создающей магнитный поток. При увеличении нагрузки на валу СОS? возрастает, достигая наибольшего значения 0,8–0,9, в результате увеличения активной составляющей тока статора. При очень больших нагрузках происходит некоторое уменьшение СОS?, так как в следствие значительного увеличения скольжения и частоты тока в роторе возрастает реактивное сопротивление обмотки ротора.

Кривая КПД? имеет такой же вид как в любой машине или трансформаторе. При холостом ходе КПД=0. С увеличением нагрузки на валу двигателя КПД резко увеличивается, а затем уменьшается. Наибольшего значения КПД достигает при такой нагрузке, когда потери мощности в стали и механические потери, не зависящие от нагрузки, равны потери мощности в обмотках статора и ротора, зависящим от нагрузки.

Читайте также:

  
• Системы автоматической парковки реферат
  
• Жить в мире с людьми реферат
  
• Реферат испытание изоляции защитных средств
  
• Салық салуды ұйымдастыру реферат
  
• Реферат на тему стабилитрон