Sw-motors.ru

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

Рабочие характеристики асинхронного генератора

Рабочие характеристики асинхронного генератора

Для перевода АДФР в режим генератора машину постоянного тока необходимо перевести в режим двигателя. Если этот перевод осуществляется после снятия рабочих характеристик АД, то сначала необходимо разгрузить АД до холостого хода, т.е. сопротивление в цепи якоря генератора постоянного тока R должно быть максимальным (горит левая сигнальная лампа). Затем переключатель П1 поставить в среднее положение, оставив статор асинхронной машины включенным на сеть. Далее необходимо установить минимальное значение сопротивления R (горит правая сигнальная лампа), зашунтировав его выключателем В5. Затем осуществить включение МПТ на параллельную работу с сетью постоянного тока. В данном случае, регулируя с помощью АТР ток в обмотке возбуждения МПТ ( iв ), получить на зажимах якоря МПТ напряжение, равное напряжению сети постоянного тока, затем замкнуть П1 в верхнее положение. В этом случае стрелка амперметра А1 должна находиться на нулевом делении. Уменьшая ток возбуждения МПТ ( iв), т.е. увеличивая её частоту вращения, переводят МПТ в режим двигателя, на что указывает стрелка амперметра А1, отклоняясь в сторону надписи на шкале «двигатель». Таким образом АДФР переходит в режим работы генератором (n > n1 , s

По данным эксперимента проводят следующие вычисления, которые записывают в таблицу 2.8, аналогичную таблице 2.6.

Мощность, измеряемая ваттметрами, это полезная мощность Р2, равная:

. (2.38)

Подведенную к валу асинхронного генератора механическую мощность Р1 рассчитаем по формуле:

Сумма потерь рассчитывается по формуле (2.23); электрические потери в обмотке статора – по формуле (2.25); потери механические рмх и потери магнитные рмг были определены в опыте холостого хода асинхронного двигателя; электрические потери обмотки ротора вычисляются исходя из электромагнитной мощности Рэм, передаваемой через воздушный зазор с ротора на статор и скольжение s:

где s рассчитывается по формуле (1.9) и принимается положительным,

Добавочные потери при номинальном режиме принимаются равными :

а при токах I1, отличных от номинального рассчитываются по формуле (2.30).

Коэффициент полезного действия h асинхронного генератора определяется следующим образом:

(2.43)

Момент рассчитывается через механическую мощность Р1

По данным табл. 2.8 на рис. 2.8 нанесены рабочие характеристики асинхронного генератора I1, P1, cosj, h, s= f (P2).

Испытание асинхронного двигателя

С короткозамкнутым ротором

Цель и задачи испытаний

Основной целью испытания асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором является изучение свойств асинхронных двигателей при соединении обмоток статора по схеме звезда и треугольник и в однофазном режиме.

Задачи испытания заключаются в возможности и целесообразности пуска асинхронного двигателя переключением обмоток статора со звезды на треугольник, исследование и сопоставление рабочих характеристик при соединении обмоток статора звездой, треугольником и в однофазном режиме.

Для выполнения этих задач в лаборатории электрических машин разра-

ботан испытательный полуавтоматический стенд для асинхронного двигателя малой мощности, позволяющий осуществить пуск, снять характеристики холостого хода, короткого замыкания, рабочие характеристики при включении обмоток статора либо звездой либо треугольником, исследовать однофазный режим работы асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (АДКР) с простой беличьей клеткой на роторе (рис.3.1).

Механические характеристики. Энергетические режимы электропривода переменного тока

Для получения механической характеристики ещё более упростим модель — вынесем контур намагничивания на зажимы — рис. 4,а, как это часто делается в курсе электрических машин.

Рис. 4. Упрощенная схема замещения (а) и характеристики асинхронной машины (б)

,

где I 2а — активная составляющая тока ротора,

y 2 — угол между и ,

качественное представление о механической характеристике М(s) можно получить, проследив зависимость каждого из трех сомножителей от s .

Магнитный поток Ф в первом приближении в соответствии с (4) не зависит от s — рис. 4,б. Ток ротора (8) равен нулю при s = 0 и асимптотически стремится к при s ® ± Ґ — рис. 4,б. Последний сомножитель легко определить по схеме замещения:

;

cosy 2 близок к ± 1 при малых s и асимптотически стремится к нулю при s ® ± Ґ . Момент, как произведение трех сомножителей, равен нулю при s = 0 (w = w 0 — идеальный холостой ход), достигает положительного М к+ и отрицательного М к- максимумов — критических значений при некоторых критических значениях скольжения , а затем при s ® ± Ґ стремится к нулю за счет третьего сомножителя.

Уравнение механической характеристики получим, приравняв потери в роторной цепи, выраженные через механические и через электрические величины. Мощность, потребляемая из сети, если пренебречь потерями в R 1 , примерно равна электромагнитной мощности:

,

а мощность на валу определяется как

.

Потери в роторной цепи составят

(9)

или при выражении их через электрические величины

,

.

Подставив в последнее выражение I 2ў из (8) и найдя экстремум функции М=f(s) и соответствующие ему М к и s к , будем иметь:

(10)

; (11)

. (12)

На практике иногда полагают, что а = 0, т.е. пренебрегают активным сопротивлением обмоток статора. Это обычно не приводит к существенным погрешностям при Р н > 5 кВт, однако может неоправданно ухудшить модель при малых мощностях. При а = 0 выражения (10) — (12) имеют вид:

; (10,a)

; (11,a)

, (12,а)

где Х к = Х 1 +Х 2 ’ — индуктивное сопротивление рассеяния машины.

В уравнении (10,а) при s к можно пренебречь первым членом в знаменателе и получить механическую характеристику на рабочем участке в виде

. (13)

Как следует из рис. 4,б и выражений (10) и (10,а), жесткость механической характеристики асинхронных двигателей переменна, на рабочем участке , а при Ѕ sЅ > Ѕ s крЅ — положительна.

Асинхронный электропривод как и электропривод постоянного тока, может работать в двигательном и трех тормозных режимах с таким же, как в электроприводе постоянного тока распределением потоков энергии — рис. 5.

Рис. 5. Энергетические режимы асинхронного электропривода

Рекуперативное торможение (р.т.) осуществляется при вращении двигателя активным моментом со скоростью w > w 0 . Этот же режим будет иметь место, если при вращении ротора со скоростью w уменьшить скорость вращения поля w 0 . Роль активного момента здесь будет выполнять момент инерционных масс вращающегося ротора.

Для осуществления торможения противовключением (т. п-в) необходимо поменять местами две любые фазы статора — рис. 6. При этом меняется направление вращения поля, машина тормозится в режиме противовключения, а затем реверсируется.

Рис. 6. Реверс асинхронного двигателя

Специфическим является режим динамического торможения, которое представляет собою генераторный режим отключенного от сети переменного тока асинхронного двигателя, к статору которого подведен постоянный ток I п . Этот режим применяется в ряде случаев, когда после отключения двигателя от сети требуется его быстрая остановка без реверса.

Постоянный ток, подводимый к обмотке статора, образует неподвижное в пространстве поле. При вращении ротора в его обмотке наводится переменная ЭДС, под действием которой протекает переменный ток. Этот ток создает также неподвижное поле.

Складываясь, поля статора и ротора образуют результирующее поле, в результате взаимодействия с которым тока ротора возникает тормозной момент. Энергия, поступающая с вала двигателя, рассеивается при этом в сопротивлениях роторной цепи.

В режиме динамического торможения поле статора неподвижно скольжение записывается как

и справедливы соотношения для механической характеристики аналогичные (10,а) — (12,а):

, (14)

, (15)

где при соединении обмоток статора в звезду

и при соединении обмоток статора в треугольник;

(16)

Так как при ненасыщенной машине , критическое скольжение в режиме динамического торможения s к.т существенно меньше s к .

Влияние эксцентриситета ротора на энергетические характеристики асинхронного двигателя

Эксцентриситет ротора как одна из основных проблем эксплуатации асинхронных двигателей, его разновидности: статический и технологический. Причины разогрева сердечников, плавления или повреждения «беличьей клетки» в результате трения, пути снижения урона.

РубрикаПроизводство и технологии
Видстатья
Языкрусский
Дата добавления19.12.2017
Размер файла173,2 K
  • посмотреть текст работы
  • скачать работу можно здесь
  • полная информация о работе
  • весь список подобных работ
Читать еще:  Что такое шаговый двигатель рхх

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

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

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Влияние эксцентриситета ротора на энергетические характеристики асинхронного двигателя

Одна из основных проблем эксплуатации асинхронных двигателей (АД) — эксцентриситет ротора (Э). Он образуется при нарушении соосности внешних поверхностей магнитопроводов ротора и статора.

Согласно статистике, повреждения асинхронных двигателей распределяются так, как показано на рис. 1. Самой частой механической неисправностью асинхронного двигателя является эксцентриситет ротора. Он может возникнуть по различным причинам как во время эксплуатации, так и после некачественного ремонта [3].

Рисунок 1. Виды повреждений асинхронных двигателей

эксцентриситет ротор асинхронный двигатель

При его наличии ухудшаются характеристики АД, уменьшается срок службы и увеличивается потребление электрической энергии. Ущерб от перерасхода электроэнергии за год в таком режиме по статистическим данным может превышать стоимость самого АД. По данным различных источников на эксцентриситет приходится от 20 до 40% отказов АД. Существует различные методы диагностики эксцентриситета ротора асинхронных двигателей, например, основанные на анализе вибраций, электромагнитных и электрических параметров [1].

В качестве примера рассмотрим влияние эксцентриситета ротора короткозамкнутого асинхронного двигателя на его энергетические характеристики.

Влияние эксцентриситета на добавочные потери может быть выражено следующим образом [2]:

Для анализа взят АД с короткозамкнутым ротором мощностью 15 кВт для электропривода центробежного вентилятора. Согласно расчетам, исследуемый АД имеет: номинальный воздушный зазор d=0,5 эксцентриситет изменяется от e=(0ч45). Также принимается допущение, что все потери, кроме добавочных = const, и их сумма равна 1966 Вт, Pдоб=84 Вт.

КПД АД определяется выражением (3).

На рис. 1 и 2 приводятся зависимости h(e) и Рдоб (e), из которых видно, что при росте Э, снижается КПД и увеличиваются потери.

Рисунок 2. Зависимость добавочных потерь от эксцентриситета Рдоб(e)

Рисунок 3. Зависимости КПД асинхронного двигателя от эксцентриситета h(e)

Анализ полученных зависимостей позволяет сделать вывод о том, что при наличии эксцентриситета ухудшаются энергетические характеристики АД. Например, при наличии эксцентриситета e=0,35, добавочные потери увеличились в 2,7 раза, а КПД соответственно уменьшился на 1%. При дальнейшем увеличении e до 0,45, наблюдается резкое увеличение добавочных потерь и падение КПД.

Таким образом, диагностика АД является очень важной процедурой для обеспечения нормальной и безопасной эксплуатации.

Список литературы

1. Исмагилов Ф.Р., Афанасьев Ю.В., Стыскин А.В. Исследование влияния технологическихфакторов на характеристики электрических машин: Лабароторный практикум по дисциплине «Технология изготовления ЭМУ и ЭМПЭ»/Уфимск. гос. авиац. техн. уни-т; Уфа, 2008-32 с.

2. Крюкова Е.В. Совершенствование методов диагностики эксцентриситета ротора в асинхронных двигателях [Текст]: автореф. дис. на соиск. учен. степ. доктора философии / Крюкова Елена Викторовна; Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова. — Павлодар, 2014. — 10 с.

3. Прудников А.Ю., В.В, Боннет, А.Ю. Логинов. Метод определения эксцентриситета ротора асинхронного двигателя. [Повреждения асинхронных двигателей]/ А.Ю. Прудников, В.В, Боннет, А.Ю. Логинов. / Вестник Красноярского государственного аграрного университета. — 2015 — 68 с.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Рабочие характеристики асинхронного двигателя, определение его размеров, выбор электромагнитных нагрузок. Расчет числа пар полюсов, мощности двигателя, сопротивлений обмоток ротора и статора, магнитной цепи. Механические и добавочные потери в стали.

курсовая работа [285,2 K], добавлен 26.11.2013

Проектирование трёхфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором 4А климатического исполнения «У3». Расчет геометрических размеров сердечников и обмоток. Магнитное напряжение зубцового слоя ротора и ярма статора, их индуктивные сопротивления.

курсовая работа [1,5 M], добавлен 14.06.2009

Расчет упругих и инерционных характеристик ротора. Характеристики диска и ротора. Определение области допустимых значений податливостей опор. Ограничение, накладываемое на первую критическую частоту вращения. Расчет форм модели «жесткого» ротора.

курсовая работа [715,4 K], добавлен 28.03.2016

Способ составления уравнения движения для жесткого ротора. Влияние на частоты колебаний ротора жесткостей горизонтальных и вертикальных опор. Рассмотрение прямой задачи по определению собственных частот колебаний ротора, ее программная реализация.

курсовая работа [682,5 K], добавлен 28.10.2013

Расчет главных размеров трехфазного асинхронного двигателя. Конструирование обмотки статора. Расчет воздушного зазора и геометрических размеров зубцовой зоны ротора. Параметры асинхронного двигателя в номинальном режиме. Тепловой и вентиляционный расчет.

курсовая работа [927,5 K], добавлен 26.02.2012

Создание серии высокоэкономичных асинхронных двигателей. Выбор главных размеров. Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора, ротора и магнитной цепи. Параметры рабочего режима. Составление коллекторного электродвигателя постоянного тока.

курсовая работа [218,0 K], добавлен 21.01.2015

Расчет схемы замещения трехфазного трансформатора, параметров механической характеристики асинхронного электродвигателя. Зависимость частоты вращения ротора и электромагнитного момента электродвигателя от скольжения. Угловая частота вращения ротора.

контрольная работа [118,4 K], добавлен 09.02.2012

Перечислите и охарактеризуйте потери мощности асинхронных двигателей. Приведите энергетическую диаграмму асинхронного двигателя.

Преобразование электрической энергии в меха­ническую в асинхронном двигателе связано с потерями энер­гии. Полезная мощность на выходе двигате­ля всегда меньше потребляемой из сети мощности на величину потерь.

Сумма всех потерь АД:

Подводимая мощность:

Полезная мощность:

Энергетическая диаграмма АД:

1. Магнитные потери в асинхронном двигателе вызваны потерями на гистерезис и вих­ревые токи в сердечнике при его перемагничивании. Их величина пропорциональна частоте перемагничивания.

, где

Частота перемагничивания сердеч­ника статора равна частоте тока в сети а частота перемагничивания сердечника ротора обычно равна 2-4 Гц, поэтому магнитные потери в сердечнике ротора малы и их не учитывают.

2. Электрические потери – на нагрев обмоток статора и ротора.

Причём сопротивления обмоток зависят от температуры и необходимо их пересчитывать на рабочую температуру обмотки.

Потери в роторе зависят от скольжения:

В АД с фазным ротором есть ещё потери на сопротивлении щёточных контактов:

Электромагнитная мощность двигателя:

3. Механические потери – потери на трение в подшипниках машины и на вентиляцию. — пропорциональны частоте вращения ротора.

4. Добавочные потери все трудноучитываемые потери типа действия высших гармоник ЭДС, пульсацией индукции в зубцах и др. Принимаются обычно полпроцента от подводимой мощности

для неноминального режима, где

Электрические и добавочные потери – переменные потери, они зависят от нагрузки двигателя. Магнитные и механические потери не зависят от нагрузки и постоянны.

12. Укажите, какими показателями характеризуются пусковые свойства асинхронных дви­гателей. Приведите схему и объясните способ пуска асинхронного дви­гателя с фазным ротором.

Пусковые свойства асинхронного двигателя оцениваются следующими пусковыми характеристиками:

а) величиной пускового тока Iп или его кратностью Iп/Iн;

б) величиной пускового момента Мп или его кратностью Мпн;

в) продолжительностью и плавностью пуска двигателя в ход;

г) сложностью пусковой операции;

д) экономичностью пусковой операции (стоимость и надежность пусковой аппаратуры).

Реостатный пуск. Пуск двигателей с фазным ротором производится с помощью пускового реостата в цепи ротора. Применяются проволочные, с литыми чугунными элементами, а также жидкостные реостаты. По условиям нагрева реостаты рассчитываются на кратковременную работу.

С увеличением активного сопротивления ротора растет пусковой момент. Это свойство положено в основу пуска асинхронных двигателей с фазным ротором. Схема пуска двигателя показана на рис.1, а, процесс разгона — на рис.1, б.

На схеме пусковой реостат состоит из двух секций. Сопротивление пускового реостата Rпподбирается такое, чтобы пусковой момент был близок к максимальному (кривая 3 на рис.1, б). Пуск двигателя начинается при полностью введенном пусковом сопротивлении (контакты 1 и 2 на рис.1, а разомкнуты). Двигатель разгоняется до частоты, соответствую­щей скольжению S1. В этот момент замыкаются контакты 2, и в цепи ротора оказывается только одна секция пускового сопротивления, что соответствует характеристике 2, и двигатель продолжает разгоняться до частоты, определяемой скольжением S2. Когда все контакты замкнутся, они отключат пусковой реостат, и двигатель «выйдет» на естествен­ную характеристику. На рис.1, а показан пусковой реостат, состоящий из двух секций. В общем случае количество секций может быть больше.

Читать еще:  Что такое нефорсированный двигатель

Пусковые характеристики асинхронного, двигателя при реостатном пуске наиболее благоприятны, так как высокие значения моментов достигаются при невысоких значениях пусковых токов. К сожалению, для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором такой пуск невозможен

13. Приведите схемы и объясните способы пуска асинхронного дви­гателя с короткозамкнутым ротором.

Различают следующие способы пуска в ход асинхронных двигателейскороткозамкнутым ротором: прямое включение в цепь, реакторный, автотрансформаторный, с переключением звезды на треугольник.

Рис. 1 — Схемы способов пуска двигателей с короткозамкнутым ротором: а — прямой; б — реакторный; в —автотрансформаторный; г — с переключением со звезды на треугольник.

Прямой пуск.При прямом пуске двигатель подключается к сети без пусковых устройств. Благодаря своей простоте он является одним из основных способов пуска трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.

Двигатели малой и средней мощности спроектированы на прямой пуск. Пусковой момент их составляет 100-130% от номинального, а пусковой ток превышает номинальный в 4-7 раз. Длительность пуска составляет доли секунд у двигателей небольшой мощности и несколько секунд у более мощных двигателей. Обмотки двигателей при этом не успевают нагреться, а крепления обмоток рассчитаны на динамические усилия, возникающие при пуске.

Прямой пуск всегда возможен, когда сеть достаточно мощна и пусковые токи двигателей не вызывают недопустимо больших падений напряжения в сети (не более 10-15%).

Если по условиям падения напряжения в сети прямой пуск двигателя с короткозамкнутым ротором невозможен, применяются различные способы пуска двигателя при пониженном напряжении (рис. 1. б, в и г).Однако при этом пропорционально квадрату напряжения на зажимах обмотки статора или квадрату пускового тока двигателя понижается также пусковой момент, что является недостатком пуска при пониженном напряжении, Поэтому эти способы пуска применимы, когда возможен пуск двигателя на х.х. или под неполной нагрузкой. Необходимость пуска при пониженном напряжении встречается чаще всего у мощных высоковольтных двигателей.

Реакторный пускосуществляется согласно, схеме (рис. 1.б). Сначала включается выключатель В1, и двигатель получает питание через трехфазный реактор (реактивную или индуктивную катушку) Р, сопротивление которого хр ограничивает величину пускового тока. По достижении нормальной скорости вращения включается выключатель В2, который шунтирует реактор, в результате чего на двигатель подается нормальное напряжение сети.

Пусковые реакторы строятся обычно с ферромагнитным сердечником и рассчитываются по нагреву только на кратковременную работу, что позволяет снизить их вес и стоимость. Для весьма мощных двигателей применяются также реакторы без ферромагнитного сердечника, с обмотками, укрепленными на бетонном каркасе. Выключатель В1 выбирается на такую отключающую мощность, которая позволяет отключить двигатель при глухом коротком замыкании за выключателем, а выключатель В2 может иметь низкую отключающую мощность.

Автотрансформаторный пускосуществляется по схеме (рис. 1.в) в следующем порядке. Сначала включается выключатели В1 и В2, и на двигатель через автотрансформаторе Г подается пониженное напряжение. После достижения двигателем определенной скорости выключатель В2 отключается, и двигатель получает питание через часть обмотки автотрансформатора AT, который в этом случае работает как реактор. Наконец включается выключатель ВЗ, в результате чего двигатель получает полное напряжение.

Выключатель В1 должен быть выбран на отключающую мощность при коротком замыкании, а выключатели В2 и ВЗ могут иметь, меньшие отключающие мощности. Пусковые автотрансформаторы рассчитываются на кратковременную работу. Согласно ГССТ 3211 46, пусковые автотрансформаторы должны иметь ответвления, соответствующие величинам вторичного напряжения, равным 73, 64 и 55% от первичного при прямой схеме включения и 45, 36 и 27% при обратной схеме включения. В каждом конкретном случае выбирается подходящая ступень напряжения.

Пуск переключением «звездатреугольник»(рис. 1,г)может применяться в случаях, когда выведены все шесть концов обмотки статора и двигатель нормально работает с соединением обмотки статора в треугольник, например, когда двигатель на 380/220 Вис соединением обмоток Y/Δ работает от сети 220 В. В этом случае при пуске обмотка статора включается в звезду (нижнее положение переключателя П на рис. 1.г) а при достижении нормальной скорости вращения переключается в треугольник (верхнее положение переключателя П на рис. 1.г).

Недостатком этого способа пуска по сравнению с реакторным и автотрансформаторным является то, что при пусковых переключениях цепь двигателя разрывается, что связано с возникновением коммутационных перенапряжений. Этот способ ранее широко применялся при пуске низковольтных двигателей, однако с увеличением мощности сетей потерял свое прежнее значение и в настоящее время используется сравнительно редко.

Асинхронный электродвигатель: устройство, принцип работы, виды

Одним из наиболее распространенных типов электрических машин в мире является асинхронный электродвигатель. За счет высокой надежности и неприхотливости в работе такие агрегаты получили широкое распространение в самых различных отраслях промышленности и сельского хозяйства, они помогают решать бытовые и общепроизводственные задачи любой сложности. Поэтому в данной статье мы детально рассмотрим особенности асинхронных двигателей.

Устройство

Конструктивно простейшая асинхронная машина представляет собой рамку, вращающуюся в переменном магнитном поле. Однако на практике данная модель носит скорее ознакомительный характер и практического применения в промышленности не имеет. Поэтому на рисунке 1 ниже мы рассмотрим устройство действующей модели асинхронного электродвигателя.

Рис. 1. Устройство асинхронного электродвигателя

Весь двигатель располагается в корпусе станины 7, ее основная задача состоит в обеспечении достаточной механической прочности, способной выдерживать достаточные усилия. Поэтому чем выше мощность агрегата, тем большей прочностью должна обладать станина и корпус.

Внутрь корпуса устанавливается сердечник статора 3, выступающий в роли магнитного проводника для силовых линий рабочего поля. С целью уменьшения потерь в стали магнитопровод выполняется наборным из шихтованных листов, однако в ряде моделей применяется и монолитный вариант.

В пазы сердечника статора укладывается обмотка 2, предназначенная для пропуска электрического тока и формирования ЭДС. Число обмоток будет зависеть от количества пар полюсов на каждую фазу. Также в части уложенных обмоток электродвигатели подразделяются на:

  • трехфазные;
  • двухфазные;
  • однофазные.

Внутри статора располагается подвижный элемент – ротор 6. По конструкции ротор может быть короткозамкнутым или фазным, на рисунке приведен первый вариант. В состав ротора входит сердечник 5, также набранный из шихтованной стали и беличья клетка 4. Вся конструкция насажена на металлический вал 1, передающий вращение и механическое усилие.

Принцип работы

Заключается в формировании электромагнитного поля вокруг проводника, по которому протекает электрический ток. Для асинхронного электродвигателя данный процесс начинается сразу после подачи напряжения на обмотки статора, после чего в роторе наводится ЭДС взаимоиндукции, индуцирующей вихревые токи в металлическом каркасе. Наличие вихревых токов обуславливает генерацию собственной ЭДС, которая формирует электромагнитное поле ротора. Наиболее эффективный КПД асинхронной электрической машины получается при работе от трехфазной сети.

Конструктивно обмотки статора имеют смещение в пространстве друг относительно друга на 120°, что показано на рисунке 2 ниже:

Читать еще:  Двигатель cdi 110 характеристики

Рис. 2. Геометрическое смещение фаз в статоре

Такой прием позволяет отстроить магнитное поле рабочих обмоток в строгом соответствии с напряжением трехфазной сети, которое имеет аналогичную разность кривых электрической величины.

Рис. 3. Принцип формирования магнитного потока асинхронного двигателя

На рисунке 3 выше все три фазы изображены в разных цветах для упрощения понимания процесса, также здесь изображена кривая токов, протекающих в фазах асинхронного электродвигателя. Теперь рассмотрим физические процессы в обмотках двигателя для трех позиций показанных на рисунке:

  • I – в этой позиции максимальный ток протекает в красной обмотке электродвигателя, а значение силы тока в желтой и синей равны. Основной поток силовых линий формируется красной фазой, а два других дополняют его.
  • II – в данной точке желтая синусоида равна нулю, поэтому никакого потока не создает, а сила тока красной и синей равны. Поток формируется сразу двумя фазами и смещается по часовой стрелке вправо, совершая поворот.
  • III – третья точка характеризуется максимумом токовой нагрузки для синей кривой, а красная и желтая имеет равную амплитуду, но противоположную по направлению. В результате чего максимум магнитных линий южного и северного полюса сместиться еще на 30°.

По данному принципу магнитное поле статора вращается в асинхронной электрической машине в течении периода. За счет магнитного взаимодействия с полем статора асинхронного электродвигателя происходит поступательное движение ротора вокруг своей оси. Можно сказать, что ротор пытается догнать поле статора. Именно за счет разницы во вращении полей данный тип электрической машины получил название асинхронной.

Отличие от синхронного двигателя

Наряду с простыми асинхронными электрическими машинами в промышленности также используются и синхронные агрегаты. Основным отличием синхронного двигателя является наличие вспомогательной обмотки на роторе, предназначенной для создания постоянного магнитного потока, что показано на рисунке 4 ниже.

Рис. 4. Отличие асинхронного от синхронного электродвигателя

Эта обмотка создает магнитный поток, не зависящий от наличия электродвижущей силы в обмотках статора электродвигателя. Поэтому при возбуждении синхронного электродвигателя его вал начинает вращаться одновременно с полем статора. В отличии от асинхронного типа, где существует разница в движении, которая физически выражается как скольжение и рассчитывается по формуле:

где s – это величина скольжения, измеряемая в процентах, n1 – частота, с которой вращается поле статора, n2 – частота, с которой вращается ротор.

Синхронные электродвигатели применяются в тех устройствах, где важно соблюдать высокую точность синхронизации подачи питания и начала движения. Также они обеспечивают сохранение рабочих характеристик в момент пуска.

На практике существует огромное количество разновидностей асинхронных электродвигателей, отличающихся как сферой применения, так и мощностью согласно ГОСТ 12139-84 . В связи с тем, что все вариации перечислить невозможно, мы рассмотрим наиболее значимые критерии, по которым асинхронные аппараты разделяются на виды.

По количеству питающих фаз выделяют:

  • трехфазные – используются в сетях, где есть возможность подключиться сразу ко всем фазам, но в частных случаях могут запускаться и в однофазной сети;
  • двухфазные – применяются во многих бытовых приборах, состоят из двух рабочих обмоток, одна из которых питается напряжением сети, а вторая подключается через фазосдвигающий конденсатор.
  • однофазные – как и предыдущая модель содержат две обмотки, одна из которых рабочая, а вторая пусковая.

По типу ротора различают:

  • с короткозамкнутым ротором – имеет тяжелый пуск, но и меньшую стоимость;
  • с фазным ротором – на роторе устанавливается вспомогательная обмотка, делающая работу электродвигателя более плавной.

Рисунок 5: асинхронный двигатель с короткозамкнутым и с фазным ротором

По способу подачи питания:

  • статорные – классические модели, в которых рабочие обмотки устанавливают на статор;
  • роторные – рабочие обмотки помещаются на вращающемся элементе, широкое применение на практике получили асинхронные двигатели Шраге-Рихтера.

Способы пуска и схемы подключения

Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором обладает низкой себестоимостью, большими пусковыми токами и низким усилием на старте. Поэтому для различных целей могут применять различные способы пуска, снижающие бросок тока в обмотках и улучшающие рабочие характеристики:

  • прямой – напряжение на электродвигатель подается через пускатели или контакторы;
  • переключение схемы соединения обмоток электродвигателя со звезды на треугольник;
  • понижение напряжения;
  • плавный пуск;
  • изменение частоты питающего напряжения.

Однофазного асинхронного двигателя.

Для асинхронного однофазного электродвигателя могут использоваться три основных способа пуска:

  • С расщеплением полюсов – используется в электродвигателях особой конструкции, но недостатком методы является постоянная потеря мощности.

  • С конденсаторным пуском – вводит пусковой конденсатор в момент запуска асинхронного двигателя и убирает его со схемы через несколько секунд после начала работы. Обладает максимальным вращательным моментом.
  • С резисторным пуском электродвигателя – обеспечивает начальный сдвиг между векторами ЭДС обмоток для скольжения в асинхронной машине.

Трехфазного асинхронного двигателя.

Трехфазные асинхронные агрегаты могут подключаться такими способами:

  • Напрямую в цепь через пускатель или контактор, что обеспечивает простоту процесса, но формирует максимальные токи. Этот способ не подходит в случае больших механических нагрузок на вал.
  • Переключением схемы со звезды на треугольник – применяется для снижения токов в обмотках электродвигателя за счет уменьшения питающего напряжения с линейного на фазное.
  • Путем подключения через преобразователь напряжения, реостаты или автотрансформатор для снижения разности потенциалов. Также используется изменение числа пар полюсов, частоты питающего напряжения и прочие.

Помимо этого трехфазные асинхронные двигатели могут использовать прямую и реверсивную схему включения в цепь. Первый вариант применяется только для вращения вала электродвигателя в одном направлении. В реверсивной схеме можно переключать движение рабочего органа в прямом и обратном направлении.

Рис. 9: прямая схема без возможности реверсирования

Рассмотрим нереверсивную схему пуска асинхронного электродвигателя (рисунок 9). Здесь, через трехполюсный автомат QF1 питание подается на пускатель KM1. При нажатии кнопки SB2 произойдет подача напряжения на обмотки электродвигателя, его остановка осуществляется кнопкой SB1. Тепловое реле KK1 применяется для контроля температуры нагрева, а лампочка HL1 сигнализирует о включенном состоянии контактора.

Рисунок 10: схема прямого включения с реверсом

Реверсивная схема (смотрите рисунок 10) устроена аналогичным образом, но в ней используются два пускателя KM1 и KM2. Прямое включение асинхронного электродвигателя производиться кнопкой SB2, а обратное SB3.

Применение

Область применения асинхронных электродвигателей охватывает достаточно большой сегмент хозяйственной деятельности человека. Поэтому их можно встретить в различных типах станочного оборудования – токарных, шлифовальных, фрезерных, прокатных и т.д. В работе грузоподъемных кранов, талей, тельферов и прочих механизмов.

Их используют для лифтов, горнодобывающей техники, землеройного оборудования, эскалаторов, конвейеров. В быту их можно встретить в вентиляторах, микроволновках, хлебопечках и прочих вспомогательных устройствах. Такая популярность асинхронных электродвигателей обусловлена их весомыми преимуществами.

Преимущества и недостатки

К преимуществам асинхронных электродвигателей, в сравнении с другими типами электрических машин следует отнести:

  • Относительно меньшая стоимость, в сравнении с другими типами электродвигателей, за счет простоты конструкции;
  • Высокая степень надежности, благодаря отсутствию вспомогательных элементов редко выходят со строя;
  • Способны выносить кратковременные перегрузки;
  • Могут включаться в цепь напрямую без использования дополнительного оборудования;
  • Низкие затраты на содержание в ходе эксплуатации.

Основными недостатками асинхронного электродвигателя являются относительно большие пусковые токи и слабый пусковой момент, что в определенной степени ограничивает сферу прямого включения. Также асинхронные электродвигатели обладают низким коэффициентом мощности и сильно зависят от параметров питающего напряжения.

Видео по теме

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector