Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Асинхронный двигатель устройство механическая характеристика

Асинхронный двигатель устройство механическая характеристика

Для определения механической характеристики асинхронного двигателя величину вращающего момента удобно связывать со скольжением.

Рис. 24. Схема включения трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Торможение противовключением может быть получено или путем изменения направления вращения магнитного поля (переключением двух фаз обмотки статора) при неизменном направлении вращения ротора, или путем изменения направления вращения ротора (например, при спуске тяжелых грузов, грузоподъемными механизмами, когда электродвигатель включен в сторону подъема, а под действием момента, создаваемого грузом, он вращается в сторону спуска). В обоих случаях для осуществления торможения направления вращения ротора и поля должны быть противоположны.

Механические характеристики двигателя в режиме противовключения являются продолжением характерис-ки двигательного режима в области скольжений, больших единицы.

Практически скорость вращения ротора (против поля) может достигать синхронного числа оборотов, т. е. соответствуют участки характеристик, расположенных в верхней части квадранта II.

Рис. 26. Механические характеристики асинхронного двигателя трехфазного тока при различных режимах работы

Для ограничения тока в режиме противовключения в цепь ротора вводится дополнительное сопротивление.

Динамическое торможение осуществляется путем подключения обмотки статора к сети постоянного тока; обмотка ротора двигателя с контактными кольцами при этом замыкается на сопротивление.

В режиме динамического торможения асинхронный двигатель представляет собой обращенный синхронный генератор, в котором статор создает неподвижное в пространстве магнитное поле, а ротор представляет собой якорь генератора.

Изменение тормозного момента в двигателях с короткозамкнутым ротором достигается регулированием величины постоянного тока в цепи статора, а в двигателях с контактными кольцами — путем регулирования сопротивления в роторной обмотке.

Широко распространенная схема включения двигателя с контактными концами в режиме динамического торможения представлена на рис. 27. После отключения обмоток статора от питающей сети их питание постоянным током осуществляется включением контактора Къ.

Величина возникающего тормозного момента зависит от намагничивающей силы статора, сопротивления ротора и скорости двигателя. Механические характеристики для этого режима приведены в нижней части квадранта II (см. рис. 26). Они проходят через начало координат, так как при скорости, равной нулю, тормозной момент также равен нулю.

Питание обмоток статора постоянным током при динамическом торможении может быть осуществлено от сети переменного тока через тот или иной выпрямитель (.селеновый, кремниевый). Следует отметить, что для питания потребителей постоянного тока все более широкое применение в последние годы находят кремниевые выпрямители. Быстрое внедрение кремниевых вентилей обусловлено их высокой надежностью, малыми габаритами, высоким к. п. д., большим сроком службы и простотой обслуживания.

Рис. 27. Схема включения асинхронного двигателя при динамическом торможении в этом режиме

Рис. 28. Механические характеристики асинхронного двигателя с контактными кольцами к примеру

Механические характеристики однофазных асинхронных электродвигателей. Для электропривода в мелких производственных механизмах, используемых на строительстве, например в электрифицированных инструментах, вибраторах и др., широкое применение нашли однофазные асинхронные электродвигатели небольшой мощности.

Выбор типа двигателя определяется его рабочими, пусковыми и регулировочными свойствами. В зависимости от условий пуска однофазные двигатели могут быть условно подразделены на три группы:
а) для легких условий пуска, когда пусковой момент Л4П К атегория: — Электрооборудование строительных машин

Механическая характеристика, управление и защита асинхронных двигателей

На рис.12.3 представлены механические характеристики n2 = f (М) асинхронного двигателя. Ее характерные точки с координатами (рис.12.3, а): 0, n1 – идеальный холостой ход; Мmax, nкр – максимальный момент, критическая частота вращения; МП, 0 – пусковой момент. Точкой Мmax кривая делится на две области: I – область устойчивой работы, где находится точка номинального режима (МН, nН); II – область неустойчивой работы, используемая при пуске или вынужденной остановке двигателя.

Двигатель в общем случае преодолевает некоторый момент сопротивления МС со стороны механизма. Самый простой случай, когда момент МС не зависит от частоты вращения. В этом случае при включении двигателя его пусковой момент МП больше момента сопротивления МС (рис.12.3, б) и ротор приобретает ускорение. Скорость возрастает до тех пор, пока не установится равенство моментов двигателя и сопротивления. При МС = МН ротор вращается с номинальной частотой.

При увеличении момента МС новое устойчивое состояние наступает при новом меньшем значении n2. На холостом ходу частота вращения ротора близка к синхронной. Если МС станет больше, чем Мmax, то двигатель остановится.

ЭТО ВАЖНО. Вращающий момент двигателя пропорционален квадрату напряжения питающей сети, т.е. Мmax » U 2 .

Если, к примеру, напряжение в сети снизилось на 10%, то значение Мmax и МП понизятся на 19%. А значение nкр при понижении напряжения остается постоянным (рис.12.3, б).

Для двигателей с фазным ротором могут быть получены искусственные механические характеристики. Для этого в цепь обмотки ротора включают добавочные сопротивления. Чем больше добавочное сопротивление, тем круче спадает кривая (рис.12.3, в), тем «мягче» становится механическая характеристика. При изменении добавочного сопротивления значение Мmax сохраняется постоянным.

Можно подобрать такое добавочное сопротивление, чтобы пусковой момент приобрел максимальное значение.

В общем случае механическая характеристика асинхронного двигателя имеет вид

Читать еще:  Экономный режим работы двигателя

(12.1)

где sк и sн — значения критического и номинального скольжения, sк » (4¸5)sн; Мmax и МН – максимальное и номинальное значение момента, ; номинальное скольжение

(12.2)

где — частота вращения поля; f1 – частота тока питающей сети; n2 — частота вращения ротора.

В номинальном режиме работы sН = 0,02¸0,06.

При пуске асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором пусковой ток

(12.3)

Кратковременный толчок пускового тока для двигателя безопасен, но может явиться причиной чрезмерно большого падения напряжения в сети. В этих случаях ограничивают пусковой ток пуском двигателя на пониженном напряжении.

ЭТО ВАЖНО. Напряжение в период пуска двигателя понижают: используя в период пуска соединение обмоток статора в звезду с последующим переключением ее на треугольник; включая в цепь обмотки статора на период пуска добавочные активные или реактивные сопротивления; подключая двигатель к сети через понижающий трансформатор.

Общий недостаток всех способов – значительное уменьшение пускового и максимального моментов двигателя, пропорциональных квадрату приложенного напряжения.

Для управления и защиты асинхронных двигателей применяются магнитные пускатели.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ. Магнитный пускатель — это электрический аппарат, предназначенный для пуска, остановки, реверса и защиты электрических двигателей от токов перегрузки и понижения напряжения.

Для защиты от токов КЗ последовательно с главными контактами пускателя устанавливаются автоматические выключатели или плавкие предохранители.

Конструктивное отличие магнитных пускателей от контакторов – наличие устройства защиты (электротепловых реле) осуществляющих защиту от токов перегрузки.

Магнитный пускатель – относительно простое комплектное устройство, содержащее один (нереверсивный пускатель) или два (реверсивный пускатель) контактора, два или три электротепловых реле и кнопки управления («Пуск», «Стоп», «Назад»).

Пускатели выпускаются на номинальный переменный ток от 2 до 63 А и номинальные напряжения – 220 до 600 В. Номинальные напряжения втягивающих катушек контакторов от 24 и до 660 В – частотой 50 Гц. Коммутационная износостойкость пускателей от 1 до 16 млн. циклов.

На рис.12.4 приведена принципиальная электрическая схема нереверсивного магнитного пускателя. В схеме пускателя в двух фазах двигателя М включены нагревательные элементы тепловых реле КК1 и КК2.

Главные контакты контактора КМ1 (КМ1:1) включены последовательно с предохранителями FU1¸FU3. Катушка КМ1 контактора подключена к сети через контакты тепловых реле КК1:1, КК2:1 и кнопки управления «Пуск» и «Стоп». При нажатии кнопки «Пуск» напряжение на катушку контактора КМ1 подается через замкнутые контакты кнопки «Стоп» и замкнутые контакты тепловых реле. При срабатывании контактора замыкаются его главные контакты, тем самым подключается напряжение сети к двигателю, кнопка «Пуск» самоблокируется вспомогательным контактом КМ1:2, которую после этого можно отпустить. Для отключения двигателя нажимается кнопка «Стоп», после чего главные контакты размыкаются.

При токовой перегрузке двигателя срабатывают тепловые реле КК1 или КК2, контакты которых разрывают цепь питания катушки КМ1. При этом контакты КМ1:1 размыкаются и двигатель отключается.

Высокий коэффициент возврата электромагнитов контакторов переменного тока позволяет защитить двигатель от понижения напряжения сети (электромагнит пускателя отпускает при U = (0,6¸0,7)Uном). При восстановлении напряжения сети до номинального значения самопроизвольное включение пускателя не происходит, так как после размыкания главных контактов цепь катушки КМ1 не замкнута.

С учетом широкого распространения магнитных пускателей большое значение приобретает снижение потребляемой ими мощности, которая расходуется в электромагните контактора и других элементах схемы (тепловых реле и т.д.). Потери мощности в электромагните контактора составляют примерно 60 %, в тепловых реле около 40 % общих потерь пускателя.

Электрический привод

ОПРЕДЕЛЕНИЕ. Электрическим приводом называется электромеханическая система, состоящая из электродвигательного, преобразовательного, передаточного и управляющего устройства, предназначенных для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением.

Преобразовательное устройство преобразует напряжение и ток источника электроэнергии, в напряжение и ток, необходимые для работы электродвигателя.

Передаточное устройство содержит механические передачи и соединительные муфты.

Управляющее устройство представляет собой систему управления, в которой происходит обработка информации от датчиков состояния системы, и выработки на их основе сигналы управления преобразователем, электродвигателем и передаточным устройством.

ЭТО ВАЖНО. Основная функция электропривода – приводить в движение рабочий механизм и изменять его режим работы в соответствии с требованиями технологического процесса.

Электропривод бывает групповой и индивидуальный.

В групповом электроприводе один двигатель приводит в движение с помощью разветвленной передачи группу механизмов. В таком приводе кинематическая схема оказывается сложной и громоздкой, а сам привод неэкономичен, поэтому он находит ограниченное применение.

Наиболее прогрессивным является автоматизированный индивидуальный электропривод, в котором электродвигатель приводит в движение только один рабочий орган.

Индивидуальный электропривод существенно упрощает схему механизма, повышает экономичность и позволяет в ряде случаев встраивать электродвигатель непосредственно в механизм, что уменьшает его металлоемкость (электродрель, вентилятор, водяной насос и т.д.)

ЭТО ВАЖНО. Выбор электродвигателя для привода определяется условиями работы и требованиями производственного механизма. При этом целесообразно выбирать электродвигатель более простой, надежный в эксплуатации, имеющий наименьшую массу, размеры и стоимость.

Практически всем выше перечисленным требованиям отвечает асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Асинхронные двигатели с фазным ротором по конструкции сложнее двигателей с короткозамкнутым ротором. Однако они позволяют простыми средствами осуществлять регулирования частоты вращения, пусковой ток и момент.

Читать еще:  Автономный подогреватель двигателя что это

Синхронные двигатели применяются для привода насосов, вентиляторов и преобразовательных установок, где не требуется регулирование частоты вращения и крайне редки перерывы в работе.

Двигатели постоянного тока используются для привода механизмов, работа которых сопровождается частыми пусками и остановками; требуется регулирование частоты вращения в широком диапазоне. Двигатели постоянного тока последовательного возбуждения применяются в электроприводе подъемно-транспортных механизмов, так как имеют повышенные перегрузочный момент и механическую прочность.

Механическая характеристика (n = f (М)) является основной характеристикой электропривода.

Вопрос 17. Устройство, Принцип действия и основные характеристики асинхронного двигателя. Механическая характеристика

Асинхронный двигатель – это машина переменного тока. Слово «асинхронный» означает неодновременный. При этом имеется в виду, что у асинхронных двигателей частота вращения магнитного поля отличается от частоты вращения ротора. Основными частями машины являются статор и ротор, отделенные друг от друга равномерным воздушным зазором.

Рис.1. Устройство асинхронных двигателей

Статор – неподвижная часть машины (рис. 1, а). Его сердечник с целью уменьшения потерь на вихревые токи набирают из штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,35 – 0,5 мм, изолированных друг от друга слоем лака. В пазы магнитопровода статора укладывается обмотка. В трехфазных двигателях обмотка трехфазная. Фазы обмотки могут соединяться в звезду или в треугольник в зависимости от величины напряжения сети.

Ротор – вращающаяся часть двигателя. Магнитопровод ротора представляет собой цилиндр, набранный из штампованных листов электротехнической стали (рис. 1, б, в). В пазах ротора укладывают обмотку, в зависимости от типа обмотки роторы асинхронных двигателей делятся на короткозамкнутые и фазные (с контактными кольцами). Короткозамкнутая обмотка представляет собой неизолированные медные или алюминиевые стержни (рис. 1, г), соединенные с торцов кольцами из этого же материала («беличья клетка»).

У фазного ротора (см. рис. 1, в) в пазах магнитопровода уложена трехфазная обмотка, фазы которой соединены звездой. Свободные концы фаз обмотки присоединены к трем медным контактным кольцам, насаженным на вал двигателя. Контактные кольца изолированы друг от друга и от вала. К кольцам прижаты угольные или медно-графитные щетки. Через контактные кольца и щетки в обмотку ротора можно включить трехфазный пуско-регулировочный реостат.

Преобразование электрической энергии в механическую в асинхронном двигателе осуществляется посредством вращающегося магнитного поля. Вращающееся магнитное поле это постоянный поток, вращающийся в пространстве с постоянной угловой скоростью.

Необходимыми условиями возбуждения вращающегося магнитного поля являются:

— пространственный сдвиг осей катушек статора,

— временной сдвиг токов в катушках статора.

Оси фаз обмотки смещены в пространстве на угол 120º. Второе условие обеспечивается подачей на катушки статора трехфазной системы напряжений.

При включении двигателя в трехфазную сеть в обмотке статора устанавливается система токов одинаковой частоты и амплитуды, периодические изменения которых относительно друг друга совершаются с запаздыванием на 1/3 периода.

Токи фаз обмотки создают магнитное поле, вращающееся относительно статора с частотой n1, об/мин, которая называется синхронной частотой вращения двигателя:

, (1)

где f1 – частота тока сети, Гц;

р – число пар полюсов магнитного поля.

При стандартной частоте тока сети Гц частота вращения поля по формуле (1) и в зависимости от числа пар полюсов имеет следующие значения:

р
n1, об/мин

Вращаясь, поле пересекает проводники обмотки ротора, наводя в них ЭДС. При замкнутой обмотке ротора ЭДС вызывает токи, при взаимодействии которых с вращающимся магнитным полем возникает вращающий электромагнитный момент. Частота вращения ротора в двигательном режиме асинхронной машины всегда меньше частоты вращения поля, т.е. ротор «отстает» от вращающегося поля. Только при этом условии в проводниках ротора наводится ЭДС, протекает ток и создается вращающий момент. Явление отставания ротора от магнитного поля называется скольжением. Степень отставания ротора от магнитного поля характеризуется величиной относительного скольжения

, (2)

где n2 – частота вращения ротора, об/мин.

Для асинхронных двигателей скольжение может изменяться в пределах от 1 (пуск) до величины, близкой 0 (холостой ход).

Для двигателей с короткозамнутым ротором используют прямой пуск и пуск при пониженном напряжении.

1. Прямой пуск – обмотка статора включается непосредственно в сеть на полное напряжение. Прямой пуск допустим только для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором малой и средней мощности (до 15-20 кВт). Однако при значительной мощности питающей сети этот способ можно распространить на двигатели большей мощности (примерно до 50 кВт).

2. Пуск при пониженном напряжении. Пусковой ток двигателя пропорционален напряжению на фазах обмотки статора U1, поэтому уменьшение напряжения U1 сопровождается соответствующим уменьшением пускового тока. Однако такой способ приводит к уменьшению начального пускового момента, который пропорционален квадрату напряжения на фазах обмотки статора. Ввиду значительного снижения пускового момента указанный способ пуска применим только при малых нагрузках на валу.

Имеется несколько способов понижения напряжения U1 в момент пуска:

а) при легком пуске асинхронных двигателей средней мощности, которые нормально работают при соединении фаз обмотки статора треугольником, применяют снижение напряжения на зажимах этих фаз переключением их в звезду;

б) при любом типе соединения фаз обмотки статора понизить напряжение можно с помощью реактора (трехфазной индуктивной катушки), включенного последовательно в обмотку статора. Менее экономично снижать напряжение на статоре последовательным включением реостатов, так как они при этом сильно нагреваются и возникают дополнительные потери электрической энергии;

Читать еще:  Электронный указатель оборотов двигателя

в) для двигателей большой мощности снижать напряжение целесообразно при помощи понижающего трехфазного автотрансформатора. Этот способ лучше предыдущего, но значительно дороже. После того, как ротор двигателя разгонится, и ток спадает, на обмотку статора подается полное напряжение сети.

Пуск двигателя с фазным ротором осуществляется путем включения пускового реостата в цепь ротора. Пусковой реостат снижает величину начального пускового тока и одновременно увеличивает начальный пусковой момент, который может достигнуть величины, близкой к максимальному моменту. По мере разгона двигателя пусковой реостат выводят.

Регулирование- принудительное изменение частоты вращения при постоянной нагрузке на валу. Недостатком асинхронных двигателей является плохая регулировочная способность. Но все же некоторые возможности регулирования имеются.

Из формулы скольжения (2) можно получить выражение частоты вращения ротора асинхронного двигателя

. (3)

Из равенства (3) следует, что изменять частоту вращения можно следующими способами: изменением частоты тока статора f1, числа пар полюсов р и скольжения s. Частоту вращения ротора можно регулировать и изменением напряжения питания U1. Рассмотрим эти способы.

Регулирование изменением частоты тока статора f1. Частотное регулирование асинхронных двигателей является наиболее перспективным в связи с наличием простых и надежных трехфазных тиристорных преобразователей частоты, которые включают между промышленной сетью и асинхронным двигателем. При регулировании частоты f1 скорость двигателя можно плавно изменять так, что ее максимальное значение будет в десятки или сотни раз превышать минимальные. p>

Регулирование изменением числа пар полюсов р. Переключение числа пар полюсов асинхронных двигателей обеспечивает ступенчатое регулирование частоты вращения ротора и отличается экономичностью. Оно применяется в машинах со специальным исполнением обмотки статора, допускающим переключение ее катушек на различное число пар полюсов, а также, когда в пазах магнитопровода статора размещено несколько поочередно включаемых обмоток, выполненных на разное число пар полюсов, например, р = 1 и р = 2. Двигатели с изменением числа пар полюсов называются многоскоростными, промышленностью выпускаются двигатели на две, три и четыре скорости.

Регулирование изменением подводимого напряженияU1. Понижение напряжения вызывает снижение скорости ротора. Уменьшать напряжение U1 можно включением в цепь статора реостатов, автотрансформаторов или регулируемых дросселей. Данный метод применяется только у двигателей малой мощности, так как при уменьшении напряжения уменьшается максимальный момент двигателя, который пропорционален квадрату напряжения. Снижение максимального момента уменьшает запас по устойчивости работы двигателя. Кроме того, диапазон регулирования частоты вращения сравнительно небольшой.

Перечисленные выше способы регулирования применяются для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.

У двигателей с фазным ротором частота вращения регулируется изменением скольжения. Для этого в обмотку ротора включают регулировочный реостат. При увеличении сопротивления регулировочного реостата скольжение увеличивается, а частота вращения уменьшается (рис. 2).

Этот способ обеспечивает плавное изменение частоты вращения.

Изменение направления вращения ротора называется реверсированием. Для реверса необходимо поменять местами два провода на зажимах статорной обмотки двигателя.

Механические характеристики электрических машин

Механическая характеристика представляет собой зависимость угловой скорости или частоты вращения вала от вращающего момента на валу.

Механические характеристики электродвигателей разделяют на виды в зависимости от их жесткости. Жесткость характеристики определяется степенью изменения скорости при одинаковом приращении момента.

По жесткости механические характеристики электродвигателей бывают следующими:

  • абсолютно жесткая,
  • жесткая (с изменением момента скорость изменяется мало),
  • мягкая (с изменением момента скорость изменяется значительно).

Характеристики первого вида имеют синхронные двигатели; второго — двигатели постоянного тока независимого возбуждения и асинхронные двигатели (на рабочих участках характеристик); третьего — двигатели постоянного тока последовательного возбуждения. Двигатели постоянного тока смешанного возбуждения в зависимости от исполнения системы возбуждения могут иметь характеристики двух последних видов.

Механическая характеристика, полученная при удовлетворении всех номинальных условий, называется естественной.

Реостатные характеристики асинхронного двигателя получают при изменении сопротивления роторной цепи. Конструктивно это осуществимо для двигателей, имеющих выводы обмоток ротора. Поэтому реостатные характеристики получают только для двигателей с фазным ротором.

Искусственные механические характеристики можно получить изменением числа пар полюсов обмотки статора. Изменения числа пар полюсов можно достигнуть двумя путями: размещением в пазах обмотки статора двух независимых обмоток и видоизменением схемы соединений одной обмотки переключением. Наиболее широко в практике применяют переключения типа Y-YY и Δ-YY (рис. 89).


Рис. 89. Схемы соединения обмоток многоскоростных двигателей:
а — двойная звезда, б — треугольник, в — звезда

Комбинация из двух независимых обмоток на статоре, каждая из которых имеет переключение полюсов в соотношении 1 : 2, позволяет изготовлять четырехскоростные двигатели. При этом, комбинируя схемы обмоток, добиваются такого сочетания характеристик, которые при регулировании скорости могут обеспечить либо постоянство момента М = const, либо постоянство мощности Р2 = const.


Рис. 90. Рабочие характеристики электродвигателей постоянного тока

Рабочие характеристики двигателей постоянного тока получают изменением сопротивления цепи якоря и изменением напряжения питания якоря (рис. 90).

У двигателей параллельного и последовательного возбуждения введение дополнительного сопротивления в цепь якоря меняет характеристики, они становятся мягче (рис. 90 а, б), а у двигателя смешанного возбуждения сохраняют как особенности своей формы, так и общий характер расположения относительно естественной характеристики (рис. 90, в).

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector