Лабораторные работы по электротехнике Исследование линейной электрической цепи постоянного тока Метод контурных токов Мощность трехфазной системы Типовой расчет нелинейной цепи Режимы работы электрических цепей


Асинхронные двигатели. Конструкция, принцип действия

       Асинхронный двигатель имеет неподвижную часть, именуемую статором, и вращающуюся часть, называемую ротором. В статоре размещена обмотка, создающая вращающееся магнитное поле.
       Различают асинхронные двигатели с короткозамкнутым и фазным ротором.
     В пазах ротора с короткозамкнутой обмоткой размещены алюминиевые или медные стержни. По торцам стержни замкнуты алюминиевыми или медными кольцами. Статор и ротор набирают из листов электротехнической стали, чтобы уменьшить потери на вихревые токи.
     Фазный ротор имеет трехфазную обмотку (для трехфазного двигателя). Концы фаз соединены в общий узел, а начала выведены к трем контактным кольцам, размещенным на валу. На кольца накладывают неподвижные контактные щетки. К щеткам подключают пусковой реостат. После пуска двигателя сопротивление пускового реостата плавно уменьшают до нуля.
     Принцип действия асинхронного двигателя рассмотрим на модели, представленной на рисунке 12.4. 

Вращающееся магнитное поле статора представим в виде постоянного магнита, вращающегося с синхронной частотой вращения n1. Переменными э.д.с., напряжениями и токами называют напряжения токи, периодически изменяющиеся во времени
     В проводниках замкнутой обмотки ротора индуктируются токи. Полюса магнита перемещаются по часовой стрелке.
     Наблюдателю, разместившемуся на вращающемся магните, кажется, что магнит неподвижен, а проводники роторной обмотки перемещаются против часовой стрелки.
     Направления роторных токов, определенные по правилу правой руки, указаны на рис. 12.4.


Рис. 12.4

     Пользуясь правилом левой руки, найдем направление электромагнитных сил, действующих на ротор и заставляющих его вращаться. Ротор двигателя будет вращаться с частотой вращения n2 в направлении вращения поля статора.
       Ротор вращается асинхронно т.е частота вращения его n2 меньше частоты вращения поля статора n1.
       Относительная разность скоростей поля статора и ротора называется скольжением.  

.     (12.2)

       Скольжение не может быть равным нулю, так как при одинаковых скоростях поля и ротора прекратилось бы наведение токов в роторе и, следовательно, отсутствовал бы электромагнитный вращающий момент.
       Вращающий электромагнитный момент уравновешивается противодействующим тормозным моментом Мэм = М2.
       С увеличением нагрузки на валу двигателя тормозной момент становится больше вращающего, и скольжение увеличивается. Вследствие этого, возрастают индуктированные в роторной обмотке ЭДС и токи. Вращающий момент увеличивается и становится равным тормозному моменту. Вращающий момент может возрастать с увеличением скольжения до определенного максимального значения, после чего при дальнейшем увеличении тормозного момента вращающий момент резко уменьшается, и двигатель останавливается.
       Скольжение заторможенного двигателя равно единице. Говорят, что двигатель работает в режиме короткого замыкания.
       Частота вращения ненагруженного асинхронного двигателя n2 приблизительно равна синхронной частоте n1. Скольжение ненагруженного двигателя S &asimp; 0. Говорят, что двигатель работает в режиме холостого хода.
       Скольжение асинхронной машины, работающей в режиме двигателя, изменяется от нуля до единицы.
       Асинхронная машина может работать в режиме генератора. Для этого ее ротор необходимо вращать сторонним двигателем в направлении вращения магнитного поля статора с частотой n2 > n1. Скольжение асинхронного генератора.
       Асинхронная машина может работать в режиме электромашинного тормоза. Для этого необходимо ее ротор вращать в направлении, противоположном направлению вращения магнитного поля статора.
       В этом режиме S > 1. Как правило, асинхронные машины используются в режиме двигателя. Асинхронный двигатель является наиболее распространенным в промышленности типом двигателя. Частота вращения поля в асинхронном двигателе жестко связана с частотой сети f1 и числом пар полюсов статора. При частоте f1 = 50 Гц существует следующий ряд частот вращения.

 

P

1

2

3

4

n1, об/мин

3 000

1500

1000

750



        Асинхронная машина с заторможенным ротором работает как трансформатор. Основной магнитный поток индуктирует в статорной и в неподвижной роторной обмотках ЭДС Е1 и Е2к.

;      ,

       где   Фm - максимальное значение основного магнитного потока, сцепленного со
                      статорной и роторной обмотками;
              W1 и W2 - числа витков статорной и роторной обмоток;
              f1 - частота напряжения в сети;
              K01 и K02 - обмоточные коэффициенты статорной и роторной обмоток.

       Чтобы получить более благоприятное распределение магнитной индукции в воздушном зазоре между статором и ротором, статорные и роторные обмотки не сосредоточивают в пределах одного полюса, а распределяют по окружностям статора и ротора. ЭДС распределенной обмотки меньше ЭДС сосредоточенной обмотки

12.3. Вращающий момент асинхронного двигателя

       На ротор и полюсы статора действуют электромагнитные вращающие
моменты, одинаковые по величине и направленные в противоположные стороны.
       Мощность, необходимая для вращения статорных полюсов с синхронной частотой,

,

         где   - угловая скорость.

         Механическая мощность, развиваемая ротором,

         где   - угловая скорость ротора.

         Разность мощностей 

         где   РЭ2 - электрические потери в роторной обмотке;
                 m2 - число фаз обмотки ротора;
                 R2 - активное сопротивление обмотки ротора;
                 I2 - ток ротора.

       откуда   

 

 Вращающий момент:

     (12.4).

  где         КТ - коэффициент трансформации двигателя с заторможенным ротором,

 U1 - напряжение сети,

        - константа.

         На рис. 12.5 изображена зависимость электромагнитного момента от скольжения в виде сплошной линии.



Рис. 12.5

         Пусть исполнительный механизм, приводимый во вращение данным двигателем, создает противодействующий тормозной момент М2.
         На рис.12.5 имеются две точки, для которых справедливо равенство Мэм = М2;
это точки а и в.
         В точке а двигатель работает устойчиво. Если двигатель под влиянием какой-либо причины уменьшит частоту вращения, то скольжение его возрастет, вместе с ним возрастет вращающий момент. Благодаря этому частота вращения двигателя повысится, и вновь восстановится равновесие Мэм = М2;.
         В точке в работа двигателя не может быть устойчива: случайное отклонение частоты вращения приведет либо к остановке двигателя, либо к переходу его в точку а.
         Следовательно, вся восходящая ветвь характеристики является областью устойчивой работы двигателя, а вся нисходящая часть - областью неустойчивой работы. Точка б, соответствующая максимальному моменту, разделяет области устойчивой и неустойчивой работы.
         Максимальному значению вращающего момента соответствует критическое скольжение Sk. Скольжению S = 1 соответствует пусковой момент. Если величина противодействующего тормозного момента М2 больше пускового МП, двигатель при включении не запустится, останется неподвижным.
       

         Механической характеристикой асинхронного двигателя называется зависимость частоты вращения двигателя от момента на валу n2 = f (M2). Механическую характеристику получают при условии U1 - const, f1 - const. Механическая характеристика двигателя является зависимостью вращающего момента от скольжения, построенной в другом масштабе. На рис. 12.6 изображена типичная механическая характеристика асинхронного двигателя.

     С увеличением нагрузки величина момента на валу возрастает до некоторого максимального значения, а частота вращения уменьшается. Как правило, у асинхронного двигателя пусковой момент меньше максимального. Это объясняется тем, что в пусковом режиме, когда n2 = 0, а S = 1 асинхронный двигатель находится в режиме, аналогичном короткому замыканию в трансформаторе. Магнитное поле ротора направлено встречно магнитному полю статора.



Рис. 12.6

         Результирующий, или основной, магнитный поток в воздушном зазоре машины в пусковом режиме, а также ЭДС в статоре и роторе Е1 и Е2 значительно уменьшаются. Это приводит к уменьшению пускового момента двигателя и к резкому возрастанию пускового тока.

Механические характеристики электродвигателей постоянного тока    Рассмотрим  двигатель с  параллельным возбуждением в установившемся режиме работы

Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей. Реверсирование асинхронного двигателя

Виды и основные функции электрических аппаратов Электрических аппарат ‑ это электрическое устройство управления потоками энергии и информации, режимами работы, контроля и защиты технических систем и их компонентов.


Магнито-полупроводниковые логические элементы