рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Асинхронные двигатели.

Асинхронные двигатели. - раздел Приборостроение, Асинхронные двигатели Асинхронный Двигатель (Двигатель Переменного Тока) Является Самым Распростран...

Асинхронный двигатель (двигатель переменного тока) является самым распространенным электрическим двигателем. Причина этого кроется в простоте конструкции и высокой надежности машин и относительно низкой их стоимости. Наибольшее распространение имеют трехфазные асинхронные двигатели различной мощности, но также довольно широко в бытовой, измерительной технике распространены и однофазные асинхронные двигатели, отличающиеся малой мощностью и питающиеся от двухпроводной сети. Общим недостатком асинхронных двигателей является сложность регулирования частоты вращения вала.

Устройство трехфазного асинхронного двигателя показано на рис.1. Две главные части машины: неподвижный статор и вращающийся ротор, каждая из которых имеет сердечник и обмотки.

 

а) б)

Рис.1

Рис.1а – продольный разрез двигателя, состоящий из элементов:

1. корпус (станина) статора

2. сердечник статора

3. часть обмотки статора, находящаяся вне пазов

4. сердечник ротора

5. обмотка ротора

6. вал

7. подшипниковый щит

8. подшипник


Рис.1б – поперечный разрез двигателя, где

1. корпус (станина) статора

2. сердечник статора

3. обмотка статора

4. сердечник ротора

5. обмотка ротора

6. воздушный зазор между внутренней поверхно-стью статора и поверхностью ротора

7. вал ротора

Ф-магнитный поток вращающегося двухполюсного поля.

В зависимости от конструкции ротора различают два типа асинхронных двигателей – короткозамкнутые асинхронные двигатели (основного исполнения) и двигатели с фазным ротором (специального назначения). Их условные обозна-чения показаны на рис.2: а) двигатель с короткозамкнутым и б) с фазным ротором.

Рис.2

В большинстве двигателей применяется коротко-замкнутый ротор. Эти двигатели дешевле и проще в эксплуатации. Устройство ротора показано на рис.3.

а) б)

Рис.3


На рис.3а показана обмотка ротора (названная автором изобретения асинхронного двигателя М.О. Доливо – Добровольским «беличьей клеткой»).

На рис.3б представлен ротор, состоящий из сердечника (пакет ротора), обмоток (стержни и замыкающие кольца) и вала.

При необходимости плавно регулировать скорость двигателя используются двигатели с фазным ротором, называемым также ротором с контактными кольцами. Ротор этого двигателя показан на рис.4, где представлены

Рис.4

 

1. трехфазная обмотка ротора

2. контактные кольца на валу, соединенные каждая со своей фазой обмотки ротора

3. вал

4. неподвижные щетки, осуществляющие электрический контакт с контактными кольцами

5. внешний трехфазный реостат, позволяющий регулировать сопротивление цепи ротора (а следовательно и условия пуска двигателя или регулировать рабочий режим - т.е скорость вращения)

Обмотка статора асинхронного двигателя трехфазная. Фазы могут быть соединены и в звезду и в треугольник. Количество катушек в каждой фазе может быть одна или более, что позволяет формировать как двухполюсное вращающееся магнитное поле (показано на рис.1б), так и многополюсное. Обмотки ротора короткозамкнутого двигателя – это продольные стержни (см. рис.3а). в двигателе с фазным ротором 3 фазы ротора соединены в звезду (рис.4).

Принцип работы асинхронного двигателя основан на взаимодействии двух магнитных полей (вращающегося магнитного поля статора, образованного трехфазной системой токов статора, и магнитного поля ротора, создаваемого током в обмотках ротора). В результате этого взаимодействия магнитного поля статора и тока ротора возникает электромагнитная сила Ампера, воздействующая на подвижную часть двигателя – ротор и создающая вращающий момент М на валу ротора.

Основные электрические параметры, характеризующие асинхронный двигатель:

Рн – номинальная мощность на валу двигателя,

nн – номинальная частота вращения вала двигателя,

ηн – номинальный К.П.Д. двигателя,

cos φн – коэффициент мощности (номинальный),

f1 – частота питающей сети,

Uфн – номинальное фазное напряжение обмотки статора.

Эти параметры указаны в паспорте двигателя и на его щитке и позволяют рассчитать рабочие режимы и выбрать тип двигателя.

При расчете электрических режимов работы двигателя используется его электрическая модель (схема замещения).

Схема замещения двигателя построена на основе анализа явлений, имеющих место при работе двигателя. Эти явления описываются системой трех уравнений, соответствующих:

1. электрическому состоянию в обмотках статора

2. электрическому состоянию в обмотках ротора

3. взаимодействию магнитных потоков статора и ротора (так называемое уравнение магнитодвижущих сил)

Эти уравнения в результате некоторых преобразований сводятся к виду:

,

где

U1 – фазное напряжение обмотки статора

Е1 – ЭДС самоиндукции в обмотке статора

Е2 – ЭДС взаимоиндукции в обмотке ротора

– приведенное к обмотке статора значение ЭДС обмотки ротора, равное = Е2×К (приведенное значение ЭДС в обмотке ротора)

К – величина, аналогичная коэффициенту трансформации в трансформаторе.

I1 – фазный ток в обмотке статора

I0 – ток холостого хода в обмотке статора

– приведенный ток в обмотке ротора,

R1 – активное сопротивление фазы обмотки статора

X1 – индуктивное сопротивление фазы обмотки статора (индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора)

– приведенное значение активного сопротивления фазы обмотки ротора

– активное сопротивление фазы обмотки ротора

– приведенное значение индуктивного сопротивления фазы обмотки неподвижного ротора (индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора)

– индуктивное сопротивление фазы обмотки неподвижного ротора

S – скольжение

Черта под каждой из величин в системе уравнений означает комплексное значение. Система уравнений справедлива для каждой из трех фаз обмотки статора.

На основании этой системы уравнений строится электрическая модель одной фазы асинхронного двигателя, которая аналогична подобной модели трансформатора (рис.5)

Рис.5

На рис.5 ветвь R1, X1 – это модель фазы обмотки статора – моделирует активное сопротивление ее проводов и поток рассеяния, ветвь , – моделирует активное сопротивление проводов и поток рассеяния фазы обмотки ротора, причем в схеме учтены приведенные значения, ветвь Rм и Хм моделируют явления в магнитопроводе, Rм – активное сопротивление ветви намагничивания, учитывает потери в магнитопроводе (сердечнике) от вихревых токов n гистерезиса, а Хм – индуктивное сопротивление ветви намагничивания учитывает основной (главный) магнитный поток в асинхронном двигателе (результирующее вращающееся магнитное поле статора и ротора).

Участок – это модель механической нагрузки на валу двигателя, изменение которой в зависимости от режима учитывается изменением величины скольжения S, т.е. – это приведенное эквивалентное сопротивление нагрузки.

Полная схема замещения может несколько упрощаться для некоторых ключевых режимов работы двигателя.

1) Режим холостого хода. Нагрузка на валу отсутствует М=0, частота вращения магнитного поля n0 равна частоте вращения ротора n=n0, следовательно S=0. Схема замещения показана на рис.6а, ®.(~0,03 – 0,06).

2) Режим номинальный, соответствует номинальной нагрузке Мн, при этом частота вращения ротора немного меньше частоты вращения магнитного поля, соответственно величина скольжения в номинальном режиме составляет значение Sн=0,015-0,06. Таким образом, зная значение nн, легко найти величину частоты вращения магнитного поля n0 из ряда синхронных частот, составляющих значения 3000 мин-1, 1500 мин-1, 1000 мин-1, 750 мин-1, 600 мин-1, которая немного больше nн. Схема замещения – рис.6б. В обмотках протекают номинальные токи (ветвь Rм, Хм отсутствует, т.к.<<).

3) Режим критический, соответствует максимальному моменту на валу Ммакс (он называется критическим Мкмакс), при превышении величины которого происходит торможение двигателя. Этот режим не является рабочим. Значение момента на валу в рабочем режиме не должно превышать 0,8 Ммакс. Критическое скольжение Sк обычно составляет величину, близкую к значению ~ 0,15.

4) Режим пуска. При пуске n=0, пусковой момент Мпуск, значение Sпуск=1, Rнагр.=0, схеме замещения соответствует рис.6в.

а) б) в)

Рис.6

На рис.6б значение – комплексное сопротивление обмотки статора, – приведенное комплексное сопротивление обмотки ротора, на рис.6в сопротивление – комплексное сопротивление короткого замыкания, значение которого равно , (следует заметить, что ).

Основной характеристикой асинхронного двигателя является механическая характеристика, т.е. зависимость частоты вращения вала от нагрузки на валу n=f(M). На рис.7 приведен характерный вид этой кривой.

Рис.7

Цифрами 1, 2, 3, 4 обозначены ключевые режимы:

1) режим холостого хода, характеризуемый М=0, n0;

2) режим номинальный, характеризуемый Мн, nн; точка номинального режима лежит на участке “ав” механической характеристики, который близок к линейному и является рабочим участком характеристики асинхронного двигателя;

3) режим критический, характеризуется Мк и nк; при этом - критическое скольжение;

4) режим пуска, характеризуется Мпуск, при этом n=0. Участок между точками 3 и 4 соответствует пуска или торможению двигателя.

Приведенная на рис.7 механическая характеристика имеет небольшой угол наклона рабочего участка в случае короткозамкнутого двигателя (жесткая характеристика). У двигателя с фазным ротором при выключенном реостате в цепи ротора (=0) она имеет такой же вид (это естественная характеристика). При включении в цепь ротора (реостат во внешней цепи) характеристика становится более мягкой (более пологой) и называется искусственной характеристикой. Вид естественной (а) и искусственной характеристик (б) двигателя с фазным ротором показаны на рис.8. На рис.9 приведена упрощенная схема замещения двигателя с фазным ротором при включенном реостате ().

Рис. Рис.9

Расчет режима работы двигателя проводится при условии динамического равновесия, т.е. когда вращающий момент на валу двигателя Мвращ. равен моменту сопротивления нагрузки, т.е. Мвращ.сопр.=М, таким образом значение М характеризует нагрузку.

Для выбора режима работы и соответственно типа двигателя необходимо использовать следующие соотношения.

Момент на валу двигателя можно рассчитать по следующим формулам:

1)

где Р2-полезная мощность на валу двигателя (механическая мощность); -угловая скорость ротора, .

2) общая формула электромагнитного момента имеет вид:

где р – число пар полюсов;

3) формула, отражающая физический смысл возникновения момента на валу двигателя как результат взаимодействия магнитного поля статора и тока ротора:

,

где Фм- максимальное значение основного магнитного потока,

y2- угол сдвига фаз между ЭДС Е2 и током I2,

с- конструктивный коэффициент.

упрощенная формула Клосса:

5) Значение максимального момента можно определить как:

где w1=2pf1.

Скольжение S:

,

отсюда частота вращения где

Механическая мощность трехфазного асинхронного двигателя:

или

Коэффициент полезного действия (К.П.Д.):

где Рк- потери короткого замыкания (электрические потери в обмотках двигателя),

Рм - механические и магнитные потери,

Р1 - мощность, потребляемая из сети,

Р2 - полезная мощность (механическая мощность на валу двигателя)

Ток в обмотке статора:

где h – К.П.Д. двигателя,
cosj1- коэффициент мощности двигателя,

Индуктивное сопротивление рассеяния фазы вращающегося ротора :

Частота токов в роторе :

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Асинхронные двигатели

Московская Государственная Академия Приборостроения и Информатики... Кафедра Электротехника и электроника... Т Г Барсова...

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Асинхронные двигатели.

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Эта работа не имеет других тем.

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги