интернет-магазин светодиодного освещения
Пн - Вс с 10:30 до 20:00
Санкт-Петербург, просп. Энгельса, 138, корп. 1, тк ''Стройдвор''

50. Уустройство асинхронного двигателя (ад) фазный и короткозамкнутый ротор. Асинхронный двигатель короткозамкнутый


Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором — виды, принцип работы

Все электрические двигатели содержат две главные части, взаимодействующие друг с другом. Этими частями являются статор и ротор. Статор инициирует взаимодействие, и ротор отвечает на него своим вращением. Все электродвигатели классифицируются на основе того или иного принципа, обеспечивающего взаимодействие главных частей. Например, в движке статор подобно первичной обмотке трансформатора индуцирует во вторичной обмотке — роторе — электромагнитные процессы. Значит это — асинхронный электродвигатель.

Разновидности простейших движков-трансформаторов

Движки переменного тока могут быть синхронными. Схема получается проще, а мотор дешевле. Хотя все асинхронные двигатели содержат статор, аналогичный синхронной машине, конструкция ротора определяет их существенное отличие от них. Его не нужно намагничивать тем или иным способом, как это делается в синхронном движке. Несмотря на отличия моделей асинхронных машин, конструкция их ротора — это эквивалент короткозамкнутой вторичной обмотки.

Самый простой вариант — короткозамкнутый ротор. Его можно просто отлить из ферромагнитного материала и обработать надлежащим образом. Сплавы на основе железа проводят электрический ток и взаимодействуют с магнитным полем. Цельнометаллическая конструкция обладает следующими преимуществами:

  • наиболее проста в изготовлении и по этой причине обладает минимальной себестоимостью;
  • лучше всего переносит усилия, возникающие при работе двигателя;
  • хорошо разгоняется из-за эффективного взаимодействия магнитных полей.
Цельнометаллический вариант Цельнометаллический вариант

Как преодолеваются недостатки болванки

Однако вполне очевидно то, что такой короткозамкнутый ротор будет не лучшим проводником для токов, индуцируемых статором. Сплавы железа проводят электроток заметно хуже алюминия или меди. Кроме этого ведь неспроста магнитопроводы трансформаторов изготавливают из стальных пластин, а не из цилиндрических болванок. Вихревые токи нагревают литой металл и уменьшают общую эффективность электроустановки. Поэтому недостатки массивности конструкции из железного сплава конструктивно учитывает наиболее эффективный двигатель с короткозамкнутым ротором.

В таком электродвигателе используются алюминиевые или медные детали. Функции применительно к созданию магнитного поля и проводимости тока конструктивно разделяются. Для получения переменного магнитного поля с малыми потерями по аналогии с трансформаторами применяются тонкие изолированные пластины. Каждая из них содержит выемки и по форме эквивалентна поперечному сечению ротора. Ее материалом является трансформаторная сталь.

Как получается беличье колесо (клетка)

После того как пластины собраны, получается цилиндр с канавками. Они образованы выемками, в которые укладываются стержни из алюминия или меди. На торцы цилиндра надеваются пластины или кольца из такого же металла, что и стержни, концы которых крепятся к ним. Каждая пара диаметрально противоположных стержней, таким образом, создает короткозамкнутый виток. Его сопротивление индуцируемому току гораздо меньше, чем у железного сплава. Стержни с пластинами выглядят, как беличья клетка.

Беличья клетка Беличья клетка

Поэтому двигатель с короткозамкнутым ротором такой конструкции имеет меньше потерь и по этой причине широко распространен. Но сходство этого электромотора асинхронного электродвигателя короткозамкнутым ротором своим похожего на обычный нагруженный силовой трансформатор ограничено к применению в некоторых электросетях. Не каждая из них может выдержать большой пусковой ток. Если асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором будут стартовать одновременно, величина тока будет велика и сравнима с коротким замыканием.

В начале их пуска происходит процесс, аналогичный включению трансформатора с вторичной обмоткой, замкнутой накоротко. В этом начальном положении магнитное поле почти неподвижно, и в этой связи так называемое скольжение получается самым большим. Неподвижный короткозамкнутый ротор асинхронного двигателя создает при пуске наиболее мощное электромагнитное поле. Ведь он собран из листовой стали, отличающейся минимальными вихревыми потерями, а беличье колесо характеризуется минимальным электрическим сопротивлением.

Как ограничить пусковой ток

По этой причине асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором в некоторых сетях приходилось заменять движками другой конструкции. Конструктивно несложно сделать так, чтобы в одном и том же статоре применить и короткозамкнутый, и фазный ротор. Дело в том, что в установившемся режиме, когда обороты набраны, обе эти конструкции эквивалентны нагруженной вторичной обмотке трансформатора. Поэтому и фазный, и короткозамкнутый ротор будут работать без существенных отличий.

Следует упомянуть специальные конструктивные решения, которые сглаживают броски пускового тока. Они основаны на распределении электротока в зависимости от его силы по сечению проводника. Речь идет о двойной беличьей клетке и глубоком пазе. Изображения таких конструкций показаны далее. Но устройство асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором не обеспечивает управление электромагнитными процессами в нем.

Ротор с глубокими пазами Ротор с глубокими пазамиДвуклеточный ротор Двуклеточный ротор

Если потребуется плавно с ограничением тока запустить трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, надо в каждой фазе установить регулятор. Потребуется три регулятора, которыми надо согласованно управлять под напряжением источника питания. Получается сложная схема, которую не всегда удавалось эффективно реализовать. Поэтому применение фазного ротора вместо короткозамкнутого до появления мощных полупроводниковых приборов было самым оптимальным техническим решением ограничения пускового тока.

Как выглядит эта конструкция и его эквивалентная схема, показано далее.

Фазный ротор Фазный ротор

 

Фазный ротор и его схема со стартовыми реостатами Фазный ротор и его схема со стартовыми реостатами

Вместо намного более простой, но сильно токовой беличьей клетки для каждой фазы делается обмотка (1) из большого числа витков. Соответственно, уменьшается величина тока. С этой же целью выбрано соединение звездой. Выводы обмоток расположенных на вале (2) и присоединяются к трем кольцам (3), установленным на этом же вале. Для получения возможности соединения с ними на корпусе движка крепятся щетки (4). Фактически каждая щетка — это вывод вторичной обмотки трансформатора. Присоединение статора к источнику питания будет означать появление напряжения на щетках.

Если к этим выводам не присоединена нагрузка, ротор реагирует на поле статора весьма незначительно. Он собран из пластин, изоляция которых препятствует появлению электротока. А при замыкании щеток накоротко получится разновидность короткозамкнутой конструкции. Следовательно, подбирая нагрузку, например, реостатом (5), можно обеспечить регулировку пускового тока и режима работы движка в дальнейшем. Но стоимость фазного ротора существенно выше беличьего колеса. И надежность щеточного контакта ухудшает характеристики электродвигателя.     

Трехфазный асинхронный двигатель Трехфазный асинхронный двигатель

Движки однофазные, отличие которых от трехфазных моделей заключено в первую очередь в существенно меньшей мощности, никогда не изготовляются с фазными роторами. 

Пример схемы управления на полупроводниковых элементах Пример схемы управления на полупроводниковых элементах

Да и современные асинхронные трехфазные движки дешевле сделать в виде короткозамкнутой конструкции с инверторным регулятором в цепи статора. Так что фазный ротор постепенно становится анахронизмом.

Похожие статьи:

domelectrik.ru

Беличья клетка. Конструкция асинхронного короткозамкнутого электродвигателя.

Асинхронные бесколлекторные двигатели нашли наиболее широкое распространение благодаря сравнительной простоте и надежности в эксплуатации. Коллекторные двигатели имеют ограниченное применение в установках, где требуется регулировать скорость приводимых механизмов в широких пределах. Однако они относительно тяжелы, дороги, имеют худшие рабочие характеристики по сравнению с бесколлекторными двигателями, а главное менее надежны в эксплуатации из-за тяжелых условий коммутации тока.Асинхронные бесколлекторные машины имеют два основных исполнения: с короткозамкнутой обмоткой ротора и с фазной обмоткой ротора — с контактными кольцами. С точки зрения происходящих электромагнитных процессов в асинхронном двигателе можно выделить две наиболее важные части: неподвижный статор, обеспечивающий создание вращающегося магнитного поля, и вращающийся ротор, в котором создается электромагнитный момент, передаваемый приводимому механизму. Сердечники статора набираются из листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм и реже 0,35 мм, изолированных друг от друга лаковым покрытием (в сердечниках роторов двигателей малой мощности изоляцией служит слой окалины на поверхности листа). В сердечниках статора и ротора сделаны специальные пазы, в которых размещаются соответствующие обмотки.

Рис. 1. Литая алюминиевая беличья клетка ротора короткозамкнутого асинхронного двигателя (с короткозамыкающим кольцом и вентиляционными лопатками)Одной из наиболее распространенных роторных обмоток является короткозамкнутая, так называемая беличья клетка (внешне она. напоминает беличье колесо — рис. 1). Рабочие провода этой обмотки (стержни) укладываются в пазы ротора неизолированными, благодаря чему обеспечиваются хорошее использование площади паза и хорошая теплоотдача от стержней к активной стали.Короткозамкнутые асинхронные двигатели по конструкции ротора имеют следующие модификации: с одиночной беличьей клеткой; глубокопазные; с двойной беличьей клеткой, или двухклеточные. Конструктивное отличие этих модификаций обусловливает различие характеристик этих машин, в первую очередь пусковых.Рис. 2. Пазы и стержни обмоток ротора. а — одиночная беличья клетка; б— глубокий паз; в — двойная беличья клетка.Асинхронные двигатели с одиночной беличьей клеткой на роторе имеют пазы, выштампованные в листовой стали, овальной или круглой формы (рис. 2,а). Сверху эти пазы перекрываются мостиком толщиной 0,4—0,5 мм и заливаются алюминием. С обоих торцов ротора располагаются алюминиевые кольца, которые замыкают все отлитые в пазах стержни. Такая литая единая беличья клетка часто дополнительно снабжается с обеих сторон ротора специальными алюминиевыми крыльями (см. рис. 1). Эти крылья устанавливаются для увеличения теплоотвода от короткозамкнутого ротора и для лучшей вентиляции внутри асинхронной машины.В асинхронных электродвигателях с глубокопазным ротором (рис. 2,б) беличья клетка изготавливается обычно из медных стержней прямоугольного сечения. Короткозамыкающие кольца по торцам ротора, как правило, выполняются также из меди, в которых профрезеровываются прорези в соответствии с размерами прямоугольных стержней. Стержни и кольца припаиваются друг к другу тугоплавкими припоями.Двухклеточный ротор (рис. 1,в) выполняется с двумя беличьими клетками. Внешняя обмотка изготавливается из латуни или специальной бронзы, благодаря чему обеспечиваются относительно большое ее активное сопротивление и сравнительно малое индуктивное. Эта обмотка выполняет функции пусковой в асинхронном двигателе. Другая обмотка ротора — внутренняя — изготавливается из меди с минимальным активным сопротивлением. Она выполняет функции основной рабочей обмотки двигателя. Обе обмотки имеют круглые пазы, однако внутренняя обмотка в ряде случаев выполняется прямоугольной или овальной формы. Короткозамыкающие торцевые кольца для обеих обмоток обычно изготавливаются из меди.Существуют другие модификации пазов ротора (бутылочного профиля, трапецеидального профиля), однако описанные выше являются наиболее характерными для асинхронных двигателей.В асинхронном двигателе частота вращения ротора, увлекаемого магнитным полем статора, меньше частоты вращения самого поля. В самом деле, в случае равенства этих частот прекратилось бы движение поля по отношению к ротору, так как в роторе перестала бы наводиться электродвижущая сила, создающая токи в его обмотках. При этом прекратилось бы взаимодействие ротора с вращающимся полем и устранилась бы причина вращения ротора. В таком случае ротор стал бы неминуемо проскальзывать, т. е. частота его вращения стала бы меньше, чем частота вращения магнитного поля, что и соответствует действительному положению в асинхронном двигателе. Ввиду различия частот вращения поля и ротора рассматриваемые машины получили название асинхронных.При изучении явлений, протекающих в роторе асинхронного двигателя, когда он заторможен (т. е. при неподвижном роторе), можно заключить, что машина в этом режиме по своей физической природе представляет собой трансформатор. Первичной обмоткой трансформатора служит статор, а вторичной — обмотка ротора. В общем случае асинхронный двигатель отличен от трансформатора главным образом своим конструктивным исполнением. У асинхронной машины вторичная обмотка отделена от первичной воздушным зазором, чего нет в общепромышленных трансформаторах. Кроме того, вторичная обмотка двигателя вращается по отношению к первичной. Как было отмечено выше, частота вращения п, с которой вращается ротор, должна отличаться от частоты вращения магнитного поля п1. В зависимости от соотношения этих частот существуют три режима работы асинхронной машины: двигательный, генераторный, тормозной.При работе асинхронной машины в двигательном режиме частота вращения ротора изменяется в пределах 0п1), то асинхронная машина перейдет в генераторный режим. При этом направление вращения поля статора относительно ротора изменится на обратное по сравнению с работой машины в двигательном режиме. Электромагнитный момент на валу, развиваемый асинхронной машиной, становится тормозящим по отношению к двигателю, который приводит ее во вращение. Механическая энергия, передаваемая этим двигателем асинхронной машине, преобразуется в электрическую и отдается в сеть, к которой подключен ее статор.Режим работы асинхронной машины, когда ротор приводится во вращение против направления вращения электромагнитного поля статора, получил название режима электромагнитного тормоза.?

morez.ru

Устройство асинхронного двигателя с фазным ротором

Устройство, принцип действия асинхронного двигателя

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.

Устройство асинхронного двигателя с фазным ротором

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.

Первое требование удовлетворяется соответствующим расположением намагничивающих катушек на магнитопроводе 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:

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:

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

где n2 – частота вращения ротора, об/мин.

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

185.154.22.117 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам.

Асинхронные электродвигатели с фазным ротором

В настоящее время, на долю асинхронных двигателей приходится не менее 80% всех электродвигателей, выпускаемых промышленностью. К ним относятся и трехфазные асинхронные двигатели.

Трехфазные асинхронные электродвигатели широко используются в устройствах автоматики и телемеханики, бытовых и медицинских приборах, устройствах звукозаписи и т.п.

Достоинства асинхронных электродвигателей

Широкое распространение трехфазных асинхронных двигателей объясняется простотой их конструкции, надежностью в работе, хорошими эксплуатационными свойствами, невысокой стоимостью и простотой в обслуживании.

Устройство асинхронных электродвигателей с фазным ротором

Устройство асинхронного двигателя с фазным роторомОсновными частями любого асинхронного двигателя является неподвижная часть – статор и вращающая часть, называемая ротором.

Статор трехфазного асинхронного двигателя состоит из шихтованного магнитопровода, запрессованного в литую станину. На внутренней поверхности магнитопровода имеются пазы для укладки проводников обмотки. Эти проводники являются сторонами многовитковых мягких катушек, образующих три фазы обмотки статора. Геометрические оси катушек сдвинуты в пространстве друг относительно друга на 120 градусов.

Фазы обмотки можно соединить по схеме »звезда» или «треугольник» в зависимости от напряжения сети. Например, если в паспорте двигателя указаны напряжения 220/380 В, то при напряжении сети 380 В фазы соединяют «звездой». Если же напряжение сети 220 В, то обмотки соединяют в «треугольник». В обоих случаях фазное напряжение двигателя равно 220 В.

Ротор трехфазного асинхронного двигателя представляет собой цилиндр, набранный из штампованных листов электротехнической стали и насаженный на вал. В зависимости от типа обмотки роторы трехфазных асинхронных двигателей делятся на короткозамкнутые и фазные.

Устройство асинхронного двигателя с фазным ротором

В асинхронных электродвигателях большей мощности и специальных машинах малой мощности для улучшения пусковых и регулировочных свойств применяются фазные роторы. В этих случаях на роторе укладывается трехфазная обмотка с геометрическими осями фазных катушек (1), сдвинутыми в пространстве друг относительно друга на 120 градусов.

Фазы обмотки соединяются звездой и концы их присоединяются к трем контактным кольцам (3), насаженным на вал (2) и электрически изолированным как от вала, так и друг от друга. С помощью щеток (4), находящихся в скользящем контакте с кольцами (3), имеется возможность включать в цепи фазных обмоток регулировочные реостаты (5).

Устройство асинхронного двигателя с фазным ротором

Асинхронный двигатель с фазным ротором имеет лучшие пусковые и регулировочные свойства, однако ему присущи большие масса, размеры и стоимость, чем асинхронному двигателю с короткозамкнутым ротором.

Принцип работы асинхронных электродвигателей

Принцип работы асинхронной машины основан на использовании вращающегося магнитного поля. При подключении к сети трехфазной обмотки статора создается вращающееся магнитное поле. угловая скорость которого определяется частотой сети f и числом пар полюсов обмотки p, т. е. ω1=2πf/p

Пересекая проводники обмотки статора и ротора, это поле индуктирует в обмотках ЭДС (согласно закону электромагнитной индукции). При замкнутой обмотке ротора ее ЭДС наводит в цепи ротора ток. В результате взаимодействия тока с результирующим малнитным полем создается электромагнитный момент. Если этот момент превышает момент сопротивления на валу двигателя, вал начинает вращаться и приводить в движение рабочий механизм. Обычно угловая скорость ротора ω2 не равна угловой скорости магнитного поля ω1, называемой синхронной. Отсюда и название двигателя асинхронный, т. е. несинхронный.

Работа асинхронной машины характеризуется скольжением s, которое представляет собой относительную разность угловых скоростей поля ω1 и ротора ω2: s=(ω1-ω2)/ω1

Устройство асинхронного двигателя с фазным ротором

Значение и знак скольжения, зависящие от угловой скорости ротора относительно магнитного поля, определяют режим работы асинхронной машины. Так, в режиме идеального холостого хода ротор и магнитное поле вращаются с одинаковой частотой в одном направлении, скольжение s=0, ротор неподвижен относительно вращающегося магнитного пол, ЭДС в его обмотке не индуктируется, ток ротора и электромагнитный момент машины равны нулю. При пуске ротор в первый момент времени неподвижен: ω2=0, s=1. В общем случае скольжение в двигательном режиме изменяется от s=1 при пуске до s=0 в режиме идеального холостого хода.

При вращении ротора со скоростью ω2>ω1 в направлении вращения магнитного поля скольжение становится отрицательным. Машина переходит в генераторный режим и развивает тормозной момент. При вращении ротора в направлении, противоположном направлению вращения магнитного поли (s>1), асинхронная машина переходит в режим противовключения и также развивает тормозной момент. Таким образом, в зависимости от скольжения различают двигательный (s=1÷0), генераторный (s=0÷-∞) режимы и режим противовключення (s=1÷+∞). Режимы генераторный и противовключения используют для торможения асинхронных двигателей.

Статьи и схемы

Полезное для электрика

Устройство и принцип работы асинхронных двигателей с фазным ротором

Основная классификация асинхронных двигателей осуществляется в зависимости от особенностей их пусковых свойств, которые определяются нюансами конструкции.

Устройство асинхронного двигателя с фазным ротором

Если рассматривать устройство с фазным ротором, то пуск происходит следующим образом:

  1. Начало запуска параллельно сопровождается переходом фазного ротора из спокойного состояния к постепенному равномерному вращению, во время которого машина начинает уравновешивать момент сил сопротивления на собственном валу.
  2. При совершении запуска наблюдается увеличение объемов потребления электроэнергии из сети. Усиленное питание обуславливается необходимостью преодоления тормозного момента, приложенного к валу; передачей движущимся элементам кинетической энергии и компенсацией потерь внутри самого двигателя.
  3. Начало пускового момента и параметры скольжения в этот период напрямую зависят от активного сопротивления, которое оказывают резисторы, введенные в роторную цепь.
  4. Иногда показателей малого начального пускового момента бывает недостаточно для того, чтобы перевести асинхронный агрегат в полноценный рабочий режим. В такой ситуации, ускорение не является достаточным, а пусковой электрический ток со значительными показателями воздействует на обмотки двигателя, что вызывает их чрезмерный нагрев. Это может ограничить частоту его включений, а если машина была подключена к электросети с малой мощностью, такой запуск может вызвать понижение общего напряжения, что негативно сказывается на функционировании иных потребителей.
  5. Благодаря введению в роторную цепь пусковых резисторов происходит понижение показателей электрического тока и пропорциональное увеличение начального пускового момента вплоть до достижения им максимальных параметров.
  6. Последующее увеличение параметров сопротивления резисторов не является необходимым условием, поскольку оно будет способствовать снижению начального пускового момента и постепенному отклонению от максимальных характеристик его работы. Область скольжения при этом рискует достигнуть недопустимых показателей, что негативно скажется на разгоне ротора.
  7. Пуск двигателя может быть легким, нормальным или тяжелым, именно этот фактор определит оптимальное значение сопротивления резисторов.
  8. Далее, необходимо только поддержание достигнутого вращающего момента во время разгона ротора, это позволяет сократить длительность переходного процесса, в котором находится запущенная машина, а также способствует снижению степени нагрева. Для достижения этих целей, осуществляется постепенное понижение показателей сопротивления пусковых резисторов. Параметры допустимого изменения момента зависят от общих условий, которые определяют пиковый предел этого параметра.
  9. Процесс переключения разных резисторов осуществляется за счет последовательного подключения контакторов ускорения. На протяжении всего пуска, моменты, во время которых достигаются пиковые значения, являются одинаковыми, а периоды переключения равными между собой.
  10. Процесс отключения машины от электросети разрешается осуществлять при накоротко замкнутой роторной цепи, поскольку, в противном случае имеется риск возникновения перенапряжения в обмоточных фазах статора.
  11. Параметры напряжения могут достичь значения. которое превосходит его номинальные показатели в 3-4 раза, если во время отключения машины роторная цепь находилась в разомкнутом состоянии.

Устройство асинхронного двигателя с фазным ротором

Технические характеристики

Устройство асинхронного двигателя с фазным роторомОсновные требования, которые обеспечивают качественное функционирование асинхронных агрегатов с фазным ротором, определены и указаны в соответствующих ГОСТах.

Именно они определяют главные технические характеристики и к таким параметрам относятся:

  1. Габариты и мощность двигателя. которые должны иметь показатели, соответствующие техническому регламенту.
  2. Уровень защиты должен соответствовать условиям, в которых происходит процесс эксплуатации, поскольку различные виды машин могут быть предназначены для установки на улице или только внутри помещений.
  3. Высокая степень изоляции. которая должна обладать устойчивостью к повышению рабочей температуры и последующему нагреву.
  4. Различные виды асинхронных двигателей предназначены для использования в определенных климатических условиях. Это касается в первую очередь установки подобных машин в крайне холодных местностях или, наоборот, жарких областях. Исполнение агрегата должно соответствовать климату местности, в которой проходит процесс эксплуатации.
  5. Полное соответствие режимам функционирования.
  6. Наличие системы охлаждения. которая должна соответствовать рабочим режимам машины.
  7. Уровень шума при запуске агрегата на холостом ходу должен соответствовать второму классу или быть ниже его.

Устройство

Устройство асинхронного двигателя с фазным ротором

Для работы с асинхронными двигателями и полного понимания принципов функционирования подобных машин, необходимо ознакомиться с особенностями их устройства:

  1. Основными частями конструкции агрегата является статор, находящийся в неподвижном состоянии, и вращающийся ротор, который расположен внутри него.
  2. Воздушный зазор разделяет оба элемента между собой.
  3. И статор, и ротор обладают специальной обмоткой.
  4. Статорная обмотка имеет подключение к питающей электросети с переменным напряжением.
  5. Роторная обмотка по своей сути является вторичной, поскольку не имеет подключения к сети, а передачу необходимой энергии для нее осуществляет непосредственно статор. Этот процесс происходит благодаря созданию магнитного потока.
  6. Корпус статора и корпус двигателя – это один элемент, который имеет в своей структуре запрессованный сердечник.
  7. В пазах сердечника размещены проводники обмотки. Специальный электротехнический лак обеспечивает надежную изоляцию данных объектов друг от друга.
  8. Обмотка сердечника особым образом разделена на секции, которые соединены в катушки.
  9. Катушки составляют фазы самого двигателя. к которым происходит подключение фазы от питающей электросети.
  10. Ротор состоит из вала и сердечника.
  11. Роторный сердечник создан из набранных пластин, которые изготавливаются из особой разновидности электротехнической стали. На его поверхности имеются симметричные пазы, внутри которых размещены проводники обмотки.
  12. Роторный вал в ходе работы выполняет функции по передаче крутящего момента непосредственно к приводному механизму машины.
  13. Роторы обладают собственной классификацией, короткозамкнутая разновидность имеет в своей конструкции стержни, изготовленные из алюминия. Они располагаются внутри сердечника, а на торцах замкнуты специальными кольцами. Подобная система получила название беличьего колеса. В машинах с наиболее высокой мощностью, пазы дополнительно заливаются алюминием, что способствует повышению прочности конструкции.
  14. Вместо короткозамкнутого ротора в конструкции может присутствовать фазная разновидность. Количество катушек, сдвинутых под определенным углом относительно друг друга, в такой системе зависит от числа парных полюсов. При этом, роторные пары полюсов всегда равны количеству аналогичных пар в статоре. Роторная обмотка соединена особым образом и напоминает по своей форме звезду, а ее лучи выводятся на контакты токосъемных колец, которые соединены при помощи механизма щеточного типа и пускового реостата.

Принцип работы

Устройство асинхронного двигателя с фазным ротором

После освоения устройства асинхронного двигателя с фазным ротором и особенностей его запуска, можно переходить к изучению принципа работы, который заключается в следующем:

  1. На статор. обладающий тройной обмоткой, начинает подаваться трехфазное напряжение, идущее от внешней электросети с переменным током.
  2. Последовательно происходит процесс возбуждения магнитного поля, которое начинает совершать вращательные движения.
  3. Совершаемые вращения постепенно становятся быстрее скорости ротора.
  4. В определенный момент времени начинает происходить пересечение отдельных линий полей статора и ротора, что обуславливает возникновение электродвижущей силы.
  5. Электродвижущая сила оказывает прямое воздействие на закороченную обмотку ротора, благодаря чему в ней начинает появляться электрический ток.
  6. Через определенное время начинает происходить взаимодействие между возникшим в роторе током и статорным магнитным полем, из-за этого образуется крутящий момент, обеспечивающий функционирование асинхронной машины.

Преимущества и недостатки

Устройство асинхронного двигателя с фазным роторомВостребованность асинхронных двигателей подобного типа на сегодняшний день обуславливается следующими значимыми преимуществами, которыми они обладают:

  1. Значительные показатели. которых способен достигать начальный вращающий момент после запуска машины.
  2. Механические перегрузки. которые возникают на протяжении коротких промежутков времени, переносятся агрегатом без каких-либо значимых последствий и не оказывают влияния на процесс функционирования машины.
  3. При возникновении разнообразных перегрузок в системе. двигатель сохраняет постоянную скорость, возможные отклонения не являются значимыми.
  4. Показатели пускового тока значительно меньше, чем у большинства асинхронных аналогов, например, имеющих в своей конструкции короткозамкнутый ротор.
  5. Использование подобных агрегатов предусматривает возможность использования систем, автоматизирующих процесс их запуска и введения в рабочее состояние.
  6. Конструкция и устройство таких машин являются довольно простыми.
  7. Запуска агрегата осуществляется по простой схеме, не подразумевающей значимых усилий.
  8. Относительно невысокая стоимость.
  9. Обслуживание таких машин не требует значительных затрат сил и времени.

Однако, при таком большом количестве положительных сторон, асинхронные двигатели с фазным ротором обладают и некоторыми недостатками, основными из них являются следующие особенности подобных машин:

  1. Слишком большие размеры двигателя, которые могут причинять некоторые неудобства при монтаже и эксплуатации.
  2. Коэффициент полезного действия и общая выработка у них намного ниже, чем у многих аналогов. Разновидность агрегатов с короткозамкнутым ротором значительно превосходит их по этим показателям.

Применение

На сегодняшний день, большая часть двигателей, выпускаемых в промышленных масштабах, относится к асинхронной разновидности.

Благодаря ряду преимуществ, которыми обладают машины с фазными роторами, они широко используются в разных сферах человеческой деятельности, в том числе для поддержания работы:

  1. Устройств автоматики и приборов из телемеханической области.
  2. Бытовых приборов.
  3. Медицинского оборудования.
  4. Оборудования. предназначенного для осуществления аудиозаписи.
  • Устройство асинхронного двигателя с фазным ротором

Как самостоятельно сделать генератор из асинхронного двигателя?

  • Устройство асинхронного двигателя с фазным ротором

    Устройство и принцип работы двигателя на постоянных магнитах

  • Устройство асинхронного двигателя с фазным ротором

    Принцип работы и подключение однофазного электродвигателя 220в

    Источники: http://studopedia.ru/10_130200_ustroystvo-printsip-deystviya-asinhronnogo-dvigatelya.html, http://electricalschool.info/main/osnovy/259-asinkhronnye-jelektrodvigateli-s-faznym.html, http://slarkenergy.ru/oborudovanie/engine/asinxronnye-s-faznym-rotorom.html

  • electricremont.ru

    Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

    Министерство науки и образования Российской Федерации

    Федеральное агентство по образованию

    Государственное образовательное учреждение

    Высшего профессионального образования

    Национальный исследовательский

    ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

    Кафедра Электроснабжения и Электротехники

    Отчет по лабораторной работе №11

    по дисциплине «Общая электротехника и электроника»

    Выполнил

    Студент СМо-11-1 ________ Копытко Я.В. 20.10.2012

    (подпись) Фамилия И.О. (дата)

    Принял

    Доцент каф. Э и ЭТ ________ Кирюхин Ю.А. __________

    (подпись) Фамилия И.О. (дата)

    Иркутск 2012

    Содержание

    Содержание 2

    Цель работы 3

    1 Краткие теоретические сведения 3

    Оборудование электрической установки 7

    2 Порядок выполнения работы 7

    3 Расчетная часть 9

    4 Графики 10

    Контрольные вопросы 14

    Список литературы 17

    Цель работы

    Ознакомиться с устройством и принципом действия трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и исследовать влияние напряжения на фате статора на его характеристики.

    1 Краткие теоретические сведения

    1)Устройство, принцип действия асинхронного двигателя.

    Асинхронный двигатель – это машина переменного тока. Слово “асинхронный” означает не одновременный. 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.

    Статор – неподвижная часть машины. 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. 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, соединенные с торцов кольцами из этого же материала (“беличья клетка”).

    У фазного ротора 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. Необходимыми условиями возбуждения вращающегося магнитного поля являются:

    Первое требование удовлетворяется соответствующим расположением намагничивающих катушек на магнитопроводе статора. Оси фаз обмотки смещены в пространстве на угол 120°. 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 , об/мин, которая называется синхронной частотой вращения двигателя:

    где - частота тока сети, Гц,

    р – число пар полюсов магнитного поля.

    При стандартной частоте тока сети , частота вращения поля

    р

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    , об/мин

    3000

    1500

    1000

    750

    600

    500

    Вращаясь, поле пересекает проводники ротора, наводя в них ЭДС. При замкнутой обмотке ротора ЭДС вызывает токи, при взаимодействии которых с вращающимся магнитным полем возникает вращающий электромагнитный момент. Скорость вращения ротора в двигательном режиме асинхронной машины всегда меньше скорости 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:

    где n– частота вращения ротора, об/мин.

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

    2) Пуск асинхронных двигателей.

    При пуске двигателя должны выполнятся следующие требования:

    1. Малая величина пускового тока;

    2. Достаточный по величине пусковой момент;

    3. Плавное нарастание скорости;

    4. Простота и экономичность пуска.

    В зависимости от конструкции ротора (короткозамкнутый или фазный), мощности двигателя, характера нагрузки возможны различные способы пуска.

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

    1. Прямой пуск.При этом 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, поэтому уменьшение напряжениясопровождается 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 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 резисторов, т.к. они при этом сильно нагреваются и возникают дополнительные потери электрической энергии;

    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.

    3) Регулирование частоты вращения и реверсирование асинхронного двигателя.

    Регулирование – это 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 можно получить выражение частоты вращения ротора асинхронного двигателя:

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

    Регулирование изменением частоты тока статора .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 частотыскорость двигателя можно плавно изменять так, что ее максимальное значение будет в десятки или сотни раз превышать минимальные.

    Регулирование изменением числа пар полюсов р.Переключение числа пар полюсов многоскоростных 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.

    Регулирование изменением подводимого напряжения.Понижение напряжения вызывает снижение скорости ротора. Уменьшать напряжениеможно 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.

    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.

    studfiles.net

    Короткозамкнутый асинхронный электродвигатель

    Основными конструкционными деталями любого электродвигателя являются статор и ротор. Статор электродвигателя, как правило, содержит обмотку. А вот ротор электродвигателя может содержать такую обмотку либо быть без нее. Роторы, которые имеют обмотку, называются фазными, а роторы без обмотки – короткозамкнутыми. Такой короткозамкнутый электродвигатель относится к классу асинхронных электрических приводов.

    Устройство короткозамкнутого ротора

    • Несмотря на кажущуюся простоту, ротор асинхронного электродвигателя представляет собой довольно сложную конструкцию.
    • Он состоит из вала, который изготавливается из специальной стали.
    • На этот вал набирается пакет листов, выполненных из электротехнической стали, которые имеют отверстия либо пазы.
    • Количество отверстий и пазов на подобном пакете зависит от того, с какой скоростью будет вращаться ротор.
    • Пазы или же отверстия предназначаются для создания витков, так называемой, клетки. Витки создаются путем заливки легкоплавкого металла. Таким образом, каждый виток короткозамкнутого ротора, является проводником.

    Основные преимущества

    Электродвигатели с короткозамкнутым ротором не имеют в своей конструкции подвижных контактов. Это приводит к более надежной и долгосрочной работы механизма. Простота и удобство в эксплуатации подобных электродвигателей принесла им достаточно большую популярность.

    Среди довольно большого разнообразия этот тип электрических приводов используется наиболее часто. Такая популярность объясняется превосходством данного типа как по цене, так и по простоте и надежности. Кроме простоты и надежности они обладают следующими преимуществами:

    • Постоянная скорость вращения при разных нагрузках;
    • Простота и ремонтопригодность конструкции;
    • Простота запуска и возможность автоматизации;
    • Более высокий КПД, нежели у аналогов с фазным ротором.

    Еще одним несомненным преимуществом короткозамкнутых асинхронных двигателей является возможность прямого включения. То есть, для того чтобы привести в действие данный механизм, не требуется применение пусковых устройств. Подключать подобные электродвигатели должны только специалисты, в противном случае электродвигатель может выйти из строя моментально. Соблюдая правила эксплуатации, Вы продлите срок службы электродвигателя.

    Просмотров: 1003

    Дата: Воскресенье, 19 Январь 2014

    www.rosdiler-electro.ru

    Асинхронный короткозамкнутый электродвигатель - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

    Асинхронный короткозамкнутый электродвигатель

    Cтраница 1

    Асинхронные короткозамкнутые электродвигатели очень просты по конструкции; они обладают высокой надежностью в эксплуатации, низкой стоимостью изготовления и ремонта меньшими габаритными размерами и массой по сравнению с электродвигателями постоянного тока, не требуют особого ухода, кроме наблюдения за подшипниками, изоляцией, контактными соединениями, и имеют удовлетворительные тяговые свойства. При повышении частоты вращения ротора выше синхронной ( частоты вращения магнитного поля) автоматически переходят в генераторный режим без каких-либо переключений, что упрощает электрическую схему при использовании электрического торможения.  [1]

    Асинхронный короткозамкнутый электродвигатель является наиболее простым и надежным. В большинстве случаев его пуск производится непосредственным подключением обмотки статора в питающей сети.  [2]

    Асинхронный короткозамкнутый электродвигатель является наиболее простым и надежным. В большинстве случаев его пуск производится непосредственным подключением статора в питающей сети.  [4]

    Асинхронные короткозамкнутые электродвигатели широко применяются в промышленности химических волокон.  [5]

    Асинхронные короткозамкнутые электродвигатели рекомендуется выполнять с учетом следующих дополнительных положений.  [6]

    Асинхронные короткозамкнутые электродвигатели, установленные на станках, тормозятся двумя способами - механическим или электрическим.  [7]

    Асинхронные короткозамкнутые электродвигатели с двойной клеткой на роторе и с глубоким пазом на роторе имеют лучшие пусковые характеристики и параметры, чем обычные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутой обмоткой ротора, не требуют специальной пусковой аппаратуры и просты для обслуживания.  [8]

    Асинхронный короткозамкнутый электродвигатель К эластичной муфтой 14 соединен с промежуточным валом 16 регулятора и при помощи зубчатой передачи ( z 46 и z 159) с конической шестерней 11 дифференциала.  [9]

    Асинхронные короткозамкнутые электродвигатели, как правило, управляются магнитными пускателями. Простейшая схема управления короткозамкнутым двигателем с нереверсивным магнитным пускателем показана на фиг.  [10]

    Асинхронный короткозамкнутый электродвигатель, запускаемый непосредственным включением в сеть без промежуточных пусковых устройств, не применяется для привода лебедки из-за невозможности обеспечить плавный разгон и необходимое в процессе спуска-подъема регулирование частоты вращения. Применение в приводе буровой лебедки электродвигателей с жесткой характеристикой в сочетании с шинно-пневматическими муфтами нецелесообразно из-за повышенного износа последних. Известны случаи использования турбоэлектрического привода, а также привода с электромагнитными муфтами скольжения [3, 53, 105], однако в этих случаях рационально применять синхронный двигатель.  [11]

    Асинхронные короткозамкнутые электродвигатели являются наиболее популярным типом приводных двигателей малой и средней мощности вследствие простой их конструкции, прочной конструкции ротора и низкой стоимости. По этой причине существуют инструкции, ограничивающие подключение двигателей этого типа к сети. Согласно инструкциям, применение двигателей этого типа допускается лишь тогда, когда при пуске потребляемая мощность не превышает 1 / 3 мощности, подводимой к трансформатору.  [12]

    Асинхронные короткозамкнутые электродвигатели, получившие наибольшее распространение, с уменьшением напряжения сети снижают пропорционально квадрату напряжения пусковой и максимальной моменты, в результате этого может произойти опрокидывание двигателя. Уменьшение напряжения ниже 95 % номинального приводит к значительному увеличению тока и нагреву обмоток. Рост напряжения выше НО % номинального сопровождается увеличением выделяемого в активной стали двигателя тепла и повышением температуры обмоток статора.  [13]

    Асинхронные короткозамкнутые электродвигатели конструктивно наиболее просты и надежны, получают широкое распространение в регулируемых электроприводах с автономными инверторами с ШИМ. Совершенствование двигателей происходит благодаря использованию новых материалов и способов интенсивного охлаждения. Перспективы применения асинхронных электродвигателей с фазным ротором связаны прежде всего с их использованием в машинах двойного питания.  [14]

    Асинхронные короткозамкнутые электродвигатели изготовляются на напряжения 220 - 6000 в и мощности приблизительно 0 6 - 1 000 кет.  [15]

    Страницы:      1    2    3    4

    www.ngpedia.ru

    50. Уустройство асинхронного двигателя (ад) фазный и короткозамкнутый ротор

    Наибольшее распространение в промышленности получили дешевые, простые в изготовлении и обслуживании, долговечные трехфазные асинхронные двигатели. Все трехфазные асинхронные двигатели имеют конструктивно одинаковые статоры и различаются выполнением обмотки ротора. По конструкции обмотки ротора эти двигатели подразделяются на два типа: с короткозамкнутой обмоткой и с фазной обмоткой.

    Трехфазный двигатель предназначен для включения в трехфазную сеть, поэтому он должен иметь обмотку статора, состоящую из трех фазных обмоток, при прохождении через которые токи, поступающие из трехфазной сети, возбуждают вращающееся магнитное поле. Для усиления магнитного поля и придания ему необходимой формы сердечник статора и ротора выполняют из электрической стали. Сердечник имеет вид полого цилиндра с продольными пазами по внутренней поверхности. В пазы укладываются три одинаковые фазные обмотки, сдвинутые друг относительно друга на угол 120.

    Короткозамкнутый ротор состоит из стального вала, цилиндрического сердечника, насаженного на вал ротора, короткозамкнутой обмотки и лопастей, осуществляющих вентиляцию машины. Следует отметить, что обмотка короткозамкнутого ротора не изолируется от сердечника из-за того, что между удельными сопротивлениями обмотки и стали сердечника имеется значительная разница и индуцированные в обмотке токи замыкаются в основном по ее стержням и торцовым кольцам.

    В асинхронных двигателях средней и малой мощности короткозамкнутую обмотку ротора получают путем заливки расплавленного алюминиевого сплава в продольные пазы сердечника. Вместе с обмоткой также вставляют торцовые короткозамыкающие кольца и лопасти для вентиляции машины.

    У двигателей с фазным ротором в продольные пазы сердечника ротора укладывают три одинаковые изолированные обмотки, в пространстве на 120 градусов, причем концы фаз объединены в общую точку, образуя звезду, а начала присоединены к трем контактным кольцам, размещенным на валу. С увеличением активного сопротивления обмотки ротора уменьшается пусковой ток, т.е. облегчается пуск двигателя. Также можно регулировать частоту вращения двигателя, изменяя активное сопротивление с помощью реостата. Все это позволяет применять двигатели с фазным ротором для привода машин, требующих больших пусковых моментов.

    По конструктивному выполнению двигатели с короткозамкнутым ротором проще двигателей с контактными кольцами. Они более надежны в работе, однако имеют сравнительно небольшой пусковой момент. Поэтому их применяют для привода машин, для которых не требуются большие пусковые моменты, а также машин и механизмов небольшой мощности. Асинхронные двигатели малой мощности и микродвигатели выполняют также с короткозамкнутыми роторами.

    51. Принцип действия асинхронного двигателя

    В обмотке статора асинхронного двигателя при прохождении переменного тока возбуждается вращающееся магнитное поле, которое, пересекая проводники обмотки ротора, наводит в них переменную э.д.с. Так как обмотка ротора замкнута, то наведенная э.д.с. вызывает в роторе ток. В результате взаимодействия проводников с током ротора и вращающегося магнитного поля возникает сила, заставляющая ротор вращаться в направлении вращения поля. Таким образом, принцип работы асинхронного двигателя основан на использвании взаимодействия вращающегося магнитного поля, создаваемого переменным током в обмотке статора и проводниками с током обмотки ротора. Т.к. вращение магнитного поля статора происходит асинхронно с вращением ротора двигателя, т.е. частоты вращения ротора и поля отличны, двигатель называют асинхронным.

    На рисунке 12.8 схематически показан северный полюс вращающегося магнитного поля, который перемещается по ходу часовой стрелки с частотой вращения n0 (об/с). Допустим, в начальный момент ротор неподвижен и под северным полюсом находится один из проводников обмотки ротора. Движение полюса по часовой стрелке относительно этого проводника равносильно движению проводника при неподвижном полюсе против часовой стрелки. При таком направлении движения полюса, согласно правилу правой руки, наведенный в проводнике обмотки ротора ток направлен к читателю. По правилу левой руки находим, что на проводник ротора с током заданного направления дествует электромагнитная сила F, которая направлена в сторону вращения магнитного поля.

    При пуске асинхронного двигателя по мере разбега ротора разность частот вращающегося поля и ротора уменьшается. Однако ротор не может вращаться синхронно с полем, в нем не будет наводиться ток и, следовательно, исчезнет вращающий момент. В асинхронном двигателе частота вращения ротора меньше частоты вращения поля и ротор как бы скользит вдоль поля.Отношение разности частот вращзения поля n0 и ротора n к частоте вращения поля называют скольжением: s = (n0 – n)/n0, откуда n = (1 – s) n0.

    Часто скольжение выражают в процентах: s = [(n0 – n)/n0]*100

    Скольжение с изменением нагрузки двигателя изменяется. Обычно у асинхронных двигателей нормального исполнения при номинальной нагрузке напряжение составляет 1-6% . При неподвижном роторе s =1, при синхронной скорости s = 0. Если частоту вращения ротора увеличить до частоты выше синхронной, то асинхронная машина перейдет в генераторный режим.При генераторном режиме изменит направление электромагнитный момент М, который станет тормозящим, причем при этом асинхронная машина, получая механгическую энергию от первичного двигателя, превращает ее в электрическую, отдавая затем в сеть.Если ротор асинхронного двигателя затормозить, а затем вращать его в сторону, противоположную направлению вращения поля, то асинхронная машина перейдет в режим электромагнитного торможения, так как электромагнитный момент М направлен против вращения ротора и тормозит его. Итак, характерной особенностью АМ является наличие скольжения (n0≠n). На практике АМ в основном используют в двигательном режиме. В двигательном режиме за время одного периода Т вращающееся поле перемещается вдоль воздушного зазора (зазор между внутренней поверхностью статора и внешней поверхности ротора) на расстояние, равное части дуги внутренней окружности сердечника статора, приходящейся на пару полюсов, т.е. на расстояние двух полюсных делений.

    58. ХАРАКТЕРИСТИКИ ГЕНЕРАТОРА НЕЗАВИСИМОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

    Характеристика холостого хода.

    Характеристика холостого хода представляет собой зависимость ЭДС на выводах генератора Е от тока возбуждения Iв при разомкнутой цепи якоря . Несовпадение кривых, полученных при увеличении и уменьшении тока возбуждения, объясняется наличием гистерезиса в стали, из которой выполнена магнитная система машины. Для практических целей обычно ограничиваются снятием части петли, которую получают, уменьшая ток Iв от максимального значения до нуля. При снятии характеристики холостого хода следует обращать внимание на то, чтобы ток возбуждения изменялся в одном направлении (или только увеличивался, или только уменьшался), так как в противном случае будет большой разброс точек из-за того, что они будут ложиться на разные гистерезисные кривые. В начальной части характеристики холостого хода ЭДС изменяется пропорционально току возбуждения, а затем рост ЭДС замедляется, что объясняется насыщением стальных участков магнитной цепи. Практическое значение характеристики холостого хода заключается в том, что по ней можно судить о степени насыщения магнитной цепи машины. Кроме того, эта характеристика необходима для построения других характеристик машины.

    Нагрузочная характеристика.

    Эта характеристика представляет собой зависимость напряжения на выводах машины U от тока возбуждения Iв при условии, что ток в цепи-якоря Iа поддерживается неизменным. Практическое значение нагрузочной характеристики состоит в том, что она позволяет количественно определить размагничивающее действие реакции якоря и исследовать зависимость этой реакции от насыщения магнитной цепи машины и тока якоря.  Можно снять ряд нагрузочных характеристик для различных значений тока Iа. Если снимается одна нагрузочная характеристика, то чаще всего принимают, что Iа = Iном. Ток возбуждения изменяют в сторону уменьшения, начиная от максимального его значения.

    Нагрузочная характеристика располагается ниже характеристики холостого хода из-за падения напряжения в цепи якоря и размагничивающего действия реакции якоря, уменьшающей магнитный поток и ЭДС машины.

    Внешняя характеристика.

    Эта характеристика является основной эксплуатационной характеристикой генератора. Она показывает, как изменяется напряжение на выводах машины U при возрастании тока Нагрузки I=Iа, если при этом на цепь возбуждения не оказывается никакого воздействия. Для генератора независимого возбуждения внешняя характеристика U=f(I) снимается при Iв =const.Исходной точкой для снятия внешней характеристики является точка, когда при номинальном токе нагрузки I=Iном на выходах генератора установлено номинальное напряжение Uном. Ток возбуждения, соответствующий U=Uном при I=Iном, называется номинальным током возбуждения Iв,ном. В процессе снятия внешней характеристики этот ток поддерживается постоянным. Начиная от исходной точки ток нагрузки постепенно уменьшается до нуля. По внешней характеристике определяют изменение напряжения ΔU Обычно его выражают в процентах номинального напряжения:

    ΔU %=( (U0.- Uном )/Uном)*100,

    Регулировочная характеристика.

    Как следует из рассмотрения внешних характеристик генератора независимого возбуждения, при Iв=const напряжение на выводах  генератора с изменением нагрузки не остается постоянным. Для того чтобы сохранить напряжение неизменным, необходимо регулировать ток возбуждения. Закон регулирования тока возбуждения с целью сохранения постоянства напряжения при изменении нагрузки дает регулировочная характеристика, представляющая собой зависимость Iв = f(I) при U=Uном=const. Начинают снимать ее в режиме холостого хода, когда I = 0. При увеличении тока нагрузки ток возбуждения Iв необходимо несколько увеличить, чтобы скомпенсировать уменьшение напряжения из-за падения напряжения и размагничивающего действия реакции якоря.

    52. Схема замещения асинхронного двигателя

    Для анализа работы асинхронного двигателя пользуются схемой замещения.

    Схема замещения асинхронного двигателя аналогична схеме замещения трансформатора и представляет собой электрическую схему, в которой вторичная цепь (обмотка ротора) соединена с первичной цепью (обмоткой статора) гальванически вместо магнитной связи, существующей в двигателе.

    Основное отличие асинхронного двигателя от трансформатора в электрическом отношении состоит в следующем. Если в трансформаторе энергия,переданная переменным магнитным полем во вторичную цепь, поступает к потребителю в виде электрической энергии, то в асинхронном двигателе энергия, переданная вращающимся магнитным полем ротору, преобразуется в механическую и отдается валом двигателя потребителю в виде механической энергии.

    Электромагнитные мощности, передаваемые магнитным полем во вторичную цепь трансформатора и ротору двигателя, имеют одинаковые выражения:

    Рэм = Р1 – ?Р1.

    В трансформаторе электромагнитная мощность за вычетом потерь во вторичной обмотке поступает потребителю:

    Р2 = Рэм – 3I22 r2 = 3U2 I2 cos?2 = 3I22 rП = 3I ' 22 r' П,

    где rП – сопротивление потребителя.

    В асинхронном двигателе электромагнитная мощность за вычетом потерь в обмотке ротора превращается в механическую мощность:

    Р2 = Рмех = Рэм – 3I22 r2 = Pэм – 3I'22 r'2

    Pмех = [3 I22 r2 (1–s)]/s = 3I'22 r'2 (1–s)]/s = 3I22 r'э = 3I'22 r'э

    ,

    где r'э = [r'2 (1–s)]/s

    Сравнивая выражения можно заключить, что r'П = r'э .

    Таким образом, потери мощности в сопротивлении численно равны механической мощности, развиваемой двигателем.

    Заменив в схеме замещения трансформатора сопротивление нагрузки r'П на r'э = [r'2 (1–s)]/s, получим схему замещения асинхронного двигателя. Все остальные элементы схемы аналогичны соответствующим элементам схемы замещения трансформатора: r1, x1 – активное сопротивление и индуктивное сопротивление рассеяния фазы обмотки ротора.

    Приведенные значения определяются так же, как и для трансформатора:

    r'2 = r2 k2 , x'2 = x2 k2,

    где k = E1 /E2k = U1ф /E2k – коэффициент трансформации двигателя.

    Может возникнуть сомнение в возможности использования гальванической связи цепей статора и ротора в схеме замещения, поскольку частоты в этих цепях на первый не одинаковы. Первая часть схемы замещения представляет собой эквивалентную схему фазы обмотки ротора, которая приведена к частоте тока статора. В реальном же двигателе в отличие от схемы замещения частоты

    53. Механическая характеристика асинхронного двигателя

    Механической характеристикой называется зависимость частоты вращения ротора двигателя или скольжения от момента, развиваемого двигателем при установившемся режиме работы: n = f(M) или s = f(M).

    Механическая характеристика является одной из важнейших характеристик двигателя. При выборе двигателя к производственному механизму из множества двигателей с различными механическими характеристиками выбирают тот, механическая характеристика которого удовлетворяет требованиям механизма.

    Уравнение механической характеристики асинхронного двигателя может быть получено на основании формулы Мэм = (3I22r2)/?0s и схемы замещения.

    С помощью схемы замещения определяют приведенный ток фазы ротора:

    I'2 = U1ф /?(r1 + r'2/s) + (x1 + x'2)2

    где r'2/s = r'2 + r'2(1– s)/s

    Полученное значение тока I'2 подставляют в уравнение момента, в котором предварительно I2 и r2 заменяют через их приведенные значения:

    М = (3I22r2)/?0s = (3I'22r'2)/?0s

    После подстановки получим

    I'2 = 3U1ф2 r'2 / ?0s [(r1 + r'2/s) +(x1 + x'2)2]

    Это выражение представляет собой уравнение механической характеристики, поскольку оно связывает момент и скольжение двигателя. Остальные входящие в уравнение величины: напряжение сети и параметры двигателя – постоянны и не зависят от s и M. Располагая параметрами двигателя, можно рассчитать и построить его механическую характеристику, которая будет иметь вид:

    Однако необходимо отметить, что после включения двигателя в нем происходят сложные электромагнитные процессы. В тех случаях, когда время разбега оказывается соизмеримым с временем электромагнитных процессов, механическая характеристика двигателя будет существенно отличаться от статической.

    Одной из важнейших точек арактеристики, представляющей интерес при анализе работы и выборе двигателя, является точка, где момент, развиваемый двигателем, достигает наибольшего значения. Эта точка имеет координаты nкр, sкр , Mmax .

    После дифференцирования и последующих преобразований выражение sкр будет иметь следующий вид: sкр = ± r'2/?r12 + xк2, где xк = x1 + x'2

    получим выражение максимальногомомента

    Мmax = 3U1ф2 / 2?0s (r1 ± ?r12 + xк2)

    Момент, развиваемый двигателем, при любом скольжении пропорционален квадрату напряжения. Максимальный момент пропорционален квадрату напряжения и не зависит от сопротивления цепи ротора. Критическое скольжение пропорционально сопротивлению цепи ротора и не зависит от напряжения сети.

    В практике обычно пользуются уравнением механической характеристики, с помощью которой можно произвести необходимые расчеты и построения, используя только каталожные данные.

    Активное сопротивление обмотки статора r1 значительно меньше остальных сопротивлений статора и ротора, и им обычно пренебрегают. Упрощенное уравнение механической характеристики

    M = 2Mmax/(s/sкр + sкр /s)

    Следует отметить, что в зоне от М = 0 до М = 0,9Мmax механическая характеристика близка к прямой линии. Поэтому, например, при расчетах пусковых и регулировочных резисторов эту часть механической характеристики принимают за прямую линию, проходящую через точки M = 0, n = 0 и Mном, nном. Уравнение механической характеристики в этой части будет иметь вид

    M = s Mном / sном

    53. Электромагнитный момент асинхронного двигателя

    Основной конечной величиной характеризующей электромеханическое преобразование является электромагнитный момент на валу. Он образуется в результате взаимодействия магнитного поля и тока, протекающего в обмотках статора или ротора, и может быть представлен как векторное произведение

    где – zp число пар полюсов машины. Можно также представить его в виде –В выражениях физический смысл имеет только модуль вектора электромагнитного момента и его можно определить через проекции векторов сомножителей. Для произвольных векторовa и b модуль векторного произведения равен разности скалярных произведений проекций векторов на ортогональные оси координат, т.е. –

    Поэтому любое из выражений позволяет найти модуль электромагнитного момента |m|=m, выразив входящие в него векторы через их проекции на координатные оси m-n. Например, электромагнитный момент определяется через произведение потокосцепления ротора на ток ротора в виде

    Bottom of Form

    54. Способы регулирования частоты вращения асинхронного двигателя

    Из выражения для угловой частоты вращения АД:

    следует, что существует три способа регулирования скорости:

    - изменением числа пар полюсов p;

    - изменением скольжения S;

    - изменением частоты питающей сети .

    Для регулирования скорости изменением числа пар полюсов используются специальные многоскоростные АД с короткозамкнутым ротором. Изменение числа пар полюсов достигается за счет коммутации составных частей обмотки статора. Зная характер нагрузки, можно выбрать такую схему включения обмоток, которая обеспечит требуемые скорость и максимальный момент АД. Нижний предел диапазона регулирования составляет обычно 500 об/мин. Количество пар полюсов может быть равно только целому числу, поэтому данный способ регулирования скорости является ступенчатым. С энергетической точки зрения способ является экономичным, однако необходимость секционирования обмоток ухудшает массогабаритные показатели и повышает стоимость самого двигателя.

    Регулирование скорости изменением скольжения предполагает изменение жесткости механической характеристики АД при неизменной частоте. Для АД с короткозамкнутым ротором этот способ реализуется изменением величины напряжения, подводимого к двигателю.

    На рисунке 1.1 приведены механические характеристики АД при регулировании напряжения, которые наглядно иллюстрируют особенности данного способа. Регулирование скорости осуществляется вниз от синхронной скорости , при этом растет скольжение, существенно снижаются максимальный момент и перегрузочная способность АД. Кроме того, с ростом скольжения пропорционально растут потери в цепи ротора. Поэтому применение данного способа ограничивается электроприводом малой мощности с небольшим диапазоном регулирования. Частотное регулирование АД осуществляют изменением частоты напряжения подводимого к статору. Этот способ обеспечивает плавное регулирование

    скорости в широком диапазоне с хорошими энергетическими характеристиками. Возможность регулирования темпа изменения частоты позволяет обеспечить оптимальные режимы частотного пуска и торможения АД.

    Технически частотное регулирование осуществляют посредством полупроводниковых преобразователей частоты (ПЧ) — устройств, преобразующих однофазное или трехфазное сетевое напряжение с частотой 50 Гц в переменное трехфазное напряжение с регулируемой частотой и величиной напряжения.

    studfiles.net


    Каталог товаров